引自百科:
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。
人造卫星在地面附近(高度忽略)绕地球做匀速圆周运动时,其轨道半径近似等于地球半径 R,其向心力为地球对卫星的万有引力,其向心加速度近似等于地面处的重力加速度。
物体所受重力=万有引力=航天器沿地球表面作圆周运动时向心力。
而在一些问题中说,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。实际上,地球表面存在稠密的大气层,航天器不可能贴近地球表面作圆周运动,必需在 150 千米的飞行高度上,才能绕地球作圆周运动。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地球对航天器引力比在地面时要小,故其速度也略小于v1。在此高度下的环绕速度为 7.8 千米/秒。
推导公式
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/s
简而言之:为了平衡地球的引力。