宇宙速度怎么算?

如题所述

宇宙速度是指物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力束缚的一种速度.在摆脱地球束缚的过程中,在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球,而是按抛物线飞行.脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行.若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系,物体的运动速度必须达到16.7千米/秒.那时将按双曲线轨迹飞离地球,而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳. 人类的航天活动,并不是一味地要逃离地球.特别是当前的应用航天器,需要绕地球飞行,即让航天器作圆周运动.众所周知,必须始终有一个力作用在航天器上.其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径,即F=mv^2/R.在这里,正好可以利用地球的引力.因为地球对物体的引力,正好与物体作曲线运动的离心力方向相反. 经过计算,在地面上,物体的运动速度达到7.9千米/秒时,它所产生的离心力,下好与地球对它的引力相等.这个速度被称为环绕速度. 宇宙速度是物体从地球出发,在天体的重力场中运动,四个较有代表性的初始速度的统称. 航天器按其任务的不同,需要达到这四个宇宙速度的其中一个. 第一宇宙速度 [1] (又称环绕速度):是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度(也是人造地球卫星的最小发射速度).大小为7.9km/s ——计算方法是V=√(gR) , 即是 V= sqrt(gR) (g是重力加速度,R是星球半径) 第二宇宙速度(又称脱离速度):是指物体完全摆脱地球引力束缚,飞离地球的所需要的最小初始速度.大小为11.2km/s 第三宇宙速度(又称逃逸速度):是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度.其大小为16.7km/s. 环绕速度和逃逸速度也可应用于其他天体.例如计算火星的环绕速度和逃逸速度,只需要把公式中的M,R,g换成火星的质量、半径、表面重力加速度即可. 物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力的束缚.在摆脱地球束缚的过程中,在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球,而是按抛物线飞行.脱离地球引力后在太阳引力 作用下绕太阳运行.若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系,物体的运动速度必须达到16.7千米/秒.那时将按双曲线轨迹飞离地球,而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳.人类的航天活动,并不是一味地要逃离地球.特别是当前的应用航天器,需要绕地球飞行,即让航天器作圆周运动.我们知道,必须始终有一个与离心力大小相等,方向相反的力作用在航天器上.在这里,我们正好可以利用地球的引力.因为地球对物体的引力,正好与物体 作曲线运动的离心力方向相反.经过计算,在地面上,物体的运动速度达到7.9千米/秒时,.这个速度被称为环绕速度. 上述使物体绕地球作圆周运动的速度被称为第一宇宙速度;摆脱地球引力束缚,飞离地球的 速度叫第二宇宙速度;而摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系的速度叫第三宇宙速度.根据万有引力定律,两个物体之间引力的大小与它们的距离平方成反比.因此,物体离地球中心的距离不同,其环绕速度(第一宇宙速度)和脱离速度(第二宇宙速度)有不同的数值. 第一宇宙速度是7.9千米/秒,这样可以绕轨道飞行,第二宇宙速度是11.2千米/秒,可以冲出地球的束缚,第三宇宙速度是16.7千米/秒,这样可以飞出太阳系. [编辑本段]第一宇宙速度 7.9千米/秒(卫星饶地球做近似圆周运动的最大环绕速度) 在地面上向远处发射炮弹,炮弹速度越高飞行距离越远,当炮弹的速度达到“7.9千米/秒”时,炮弹不再落回地面(不考虑大气作用),而环绕地球作圆周飞行,这就是第一宇宙速度. 第一宇宙速度也是人造卫星在地面附近绕地球做“匀速圆周运动”所必须具有的速度.但是随着高度的增加,地球引力下降,环绕地球飞行所需要的飞行速度也降低,所有航天器都是在距地面很高的大气层外飞行,所以它们的飞行速度都比第一宇宙速度低. 第一宇宙速度的计算公式是: V1=√(gR)(m/s),其中g=9.8(m/s2),R=6.4×106(m). 需要强调的是,第一宇宙速度有两重意义.它既是发射航天器时的最小初速度,也是航天器在绕地球飞行时的最大环绕速度. [编辑本段]第二宇宙速度 11.2千米/秒 当物体(航天器)飞行速度达到11.2千米/秒时,就可以摆脱地球引力的束缚,飞离地球进入环绕太阳运行的轨道,不再绕地球运行.这个脱离地球引力的最小速度就是第二宇宙速度.各种行星探测器的起始飞行速度都高于第二宇宙速度. 第二宇宙速度(V2) 当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时,它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称脱离速度.按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒.由于月球还未超出地球引力的范围,故从地面发射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可. 假设在地球上将一颗质量为m的卫星发射到绕太阳运动的轨道需要的最小发射速度为V; 此时卫星绕太阳运动可认为是不受地球引力,距离地球无穷远; 认为无穷远处是引力势能0势面,并且发射速度是最小速度,则卫星刚好可以到达无穷远处. 由动能定理得 1/2*mV^2-GMm/r=0; 解得V=√(2GM/r) 这个值正好是第一宇宙速度的√2倍. [编辑本段]第三宇宙速度 16.7千米/秒 从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时,就可以摆脱太阳引力的束缚,脱离太阳系进入更广漠的宇宙空间.这个从地球起飞脱离太阳系的最低飞行速度就是第三宇宙速度. 如果想使物体挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去,必须使它的速度等于或者大于16.7千米/秒,即第三宇宙速度. 第三宇宙速度(V3) 从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度.按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒.需要注意的是,这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值;如果方向不一致,所需速度就要大于16.7公里/秒了.可以说,航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素,目前只有火箭才能突破该宇宙速度. 有些人问:地球的速度已经超过第三宇宙速度了为什么没逃出太阳系? 陈伟粤答:三个宇宙速度都是指对地球球心的,第一宇宙速度7.9千米/秒,叫环绕速度,真正发射航天器时,只要有7.5千米/秒就够了,条件是在赤道上由西向东发射,借助约400m/s的地球自转速度就行了.第二宇宙速度是11.2km/s,叫脱离速度,达到它就可以离开地球.第三宇宙速度是16.7km/s,叫逃逸速度,再借助地球公转速度也就是说16.3km/s就可以逃出太阳系了. [编辑本段]第四宇宙速度 约110~120千米/秒 是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚,飞出银河系所需的最小初始速度.但由于人们尚未知道银河系的准确大小与质量,因此只能粗略估算,其数值在110~120千米/秒之间.而实际上,仍然没有航天器能够达到这个速度. 而事实上,宇宙速度的概念是发射航天器的初速度,也就是一次性给予航天器所需要的所有动能.如果不这样,比如说地球上发射火箭,火箭的初速度无法达到第一宇宙速度,但是只要它有不断的动力,也可以进入外太空. 物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力的束缚.在摆脱地球束缚的过程中,在 地球引力的作用下它并不是直线飞离地球,而是按抛物线飞行.脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行.若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系,物体的运动速度必须达到16.7千米/秒.那时将按双曲线轨迹飞离地球,而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳. 人类的航天活动,并不是一味地要逃离地球.特别是当前的应用航天器,需要绕地球飞行,即让航天器作圆周运动.我们知道,必须始终有一个能够维持航天器圆周运动的向心力作用在航天器上.在这里,我们正好可以利用地球的引力.因为地球对物体的引力,正好与物体作曲线运动所需要的向心力方向相同.经过计算,在地面上,物体的运动速度达到7.9千米/秒时,它做圆周运动需要的向心力,恰好与地球对它的引力相等.这个速度被称为环绕速度. 上述使物体绕地球作圆周运动需要的速度被称为第一宇宙速度(环绕速度);摆脱地球引力束缚,飞离地球需要的速度叫第二宇宙速度(逃逸速度);而摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系的速度叫第三宇宙速度.根据万有引力定律,两个物体之间引力的大小与它们的距离平方成反比.因此,物体离地球中心的距离不同,其环绕速度(第一宇宙速度和脱离速度(第二宇宙速度)有不同的数值. [编辑本段]第五宇宙速度 约1500--2250千米/秒 第五宇宙速度指的是航天器从地球发射,飞出本星系群的最小速度大小,由于本星系群的半径、质量均未有足够精确的数据,所以无法估计数据大小.目前科学家估计大概有50--100亿光年,照这样算,应该需要1500--2250km/S的速度才能飞离,但这个速度以人类目前的科学发展水平,至少要几百年才能达到,所以现在只是个幻想.
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第1个回答  2023-05-03
第一宇宙速度 7.9 千米/秒;第二宇宙速度 11.2 千米/秒。1、第一宇宙速度的推导:解得 GM=V² r,将R地=6.375×106m,地球质量M=5.965×10^24kg,万有引力常数6.67259×10^-11 米^3/(千克·秒^2)代入并开平方,得 v≈7.9 km/s2、第二宇宙速度即逃逸速度,一物体的动能等于该物体的重力势能的大小时的该物体的速率。逃逸速度一般描述为摆脱一重力场的引力束缚飞离那重力场所需的最低速率。扩展资料:第一宇宙速度的应用:
1、航天器:火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量,即净重)之比。因此,质量比较大,就意味着火箭的结构质量小,所携带的推进剂多。火箭可分为单级和多级,多级火箭又可分为串联、并连联、串并联相结合。一般来说,火箭级数越多它的动能越大,但是理论计算和实践经验表明,每增加 1 份有效载荷,火箭需要增加 10 份以上的质量来承受,随着火箭级数的增加,使最下面的一级和随后的几级变得越来越庞大,以致于无法起飞。多级火箭一般不超过 4 级。2、人造卫星例如气象卫星、勘测卫星、通讯卫星、军事卫星等。3、航天飞行器发射无人/载人航天飞行器、星际旅行飞行器、运货飞船以及空间站。参考资料来源:参考资料来源:本回答被网友采纳
第2个回答  2023-03-09
第一宇宙速度(V1) 航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度,也叫环绕速度.第一宇宙速度两个别称:航天器最小发射速度、航天器最大运行速度.在一些问题中说,当某航天器以第一宇宙速度运行,则说明该航天器是沿着地球表面运行的.按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒.航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地面对航天器引力比在地面时要小,故其速度也略小于V1.
第二宇宙速度(V2)当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时,它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称逃逸速度.按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒.由于月球还未超出地球引力的范围,故从地面发射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可.
第三宇宙速度(V3)从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度.按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒.需要注意的是,这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值;如果方向不一致,所需速度就要大于16.7公里/秒了.可以说,航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素,目前只有火箭才能突破宇宙速度.
第四宇宙速度(V4)宇宙速度的一级,预计物体具有110~120km/s的速度时,就可以脱离银河系而进入河外星系,这个速度叫做第四宇宙速度.
第3个回答  2023-04-12
第一宇宙速度(V1) 航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度,也叫环绕速度.第一宇宙速度两个别称:航天器最小发射速度、航天器最大运行速度.在一些问题中说,当某航天器以第一宇宙速度运行,则说明该航天器是沿着地球表面运行的.按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒.航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地面对航天器引力比在地面时要小,故其速度也略小于V1.
第二宇宙速度(V2)当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时,它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称逃逸速度.按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒.由于月球还未超出地球引力的范围,故从地面发射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可.
第三宇宙速度(V3)从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度.按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒.需要注意的是,这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值;如果方向不一致,所需速度就要大于16.7公里/秒了.可以说,航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素,目前只有火箭才能突破宇宙速度.
第四宇宙速度(V4)宇宙速度的一级,预计物体具有110~120km/s的速度时,就可以脱离银河系而进入河外星系,这个速度叫做第四宇宙速度.本回答被网友采纳
第4个回答  2023-03-18
1.第一宇宙速度:从地面上发射出去的人造卫星绕地球运转所需的最小速度,称为第一宇宙速度
要使人造地球卫星在距地面高度为h处,环绕地球运行而不落下,必须使卫星所受地球的引力正好等于卫星运动所需的向心力。假设卫星沿圆周轨道运转,则有
GMm/r^2=m
v^2/r
r=r1+h
r1=地球半径
v=根号下GM/r^2
用黄金代换公式GM=gr1^2代掉GM,因为很接近地面所以h相对于r1可忽略,所以v=根号下g*r1
把g=9.8,r1=6371km代入得第一宇宙速度7.9km/s
2.第二宇宙速度:从地球上发射出去的物体,能脱离地球的引力而不再回到地球上来,所需的最小发射速度,称为第二宇宙速度
这个貌似用微积分推的,高一不需要掌握的样子...
第二宇宙速度是第一宇宙速度的根号2倍
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