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三个宇宙速度(三个宇宙速度分别叫什么)

2023-11-23 本站作者 【 字体:

宇宙的三个速度具体是怎样的

第一宇宙速度为:7.6KM\S

第二宇宙速度为:11.2KM\S

第三宇宙速度为:16.7KM\S

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什么是三个宇宙速度?

所谓三个宇宙速度是指在地球上发射人造航天器,实现绕地飞行、逃离地球、逃离太阳系的最小速度。这三个速度分别为7.9km/s、11.2km/s、16.7km/s,这三个速度在地球上叫做第一宇宙速度,又叫环绕速度;第二宇宙速度,又叫脱离速度;第三宇宙速度,又叫逃逸速度。

首先说一下这三个宇宙速度是怎么来的。

这得从牛顿说起。在三百多年前,一个苹果掉到牛顿的头上,砸开了他的天眼,使他冥冥之中看到了宇宙的第一线曙光,这就是四种基本力中最早发现的一种力,叫万有引力。当然苹果砸头只是一个传说,并没有确切的依据,但牛顿发现了万有引力的规律,这个是没有任何疑义的。

牛顿发现的万有引力定律表述在其1687年出版《自然哲学的数学原理》一书中,但由于当时的实验条件,万有引力常量G一直未能得出精确数据,一直到1789年,英国又出了个伟大人物叫卡文迪许,他用改进的扭秤实验得出了引力常量G的精确数值,这样使万有引力定律如虎添翼,成为科学发展的一根重要支柱。由此,卡文迪许被誉为称量地球的第一人。

从此,万有引力定律表述为:F=GMm/r^2

这里,F表示引力值;G为引力常量,取值约6.67x10^11N·m^2/kg^2;M和m为引力作用大小物体质量;r为引力作用大小物体之间质心的距离。

从引力定律可以看出,引力的影响是与质量乘积成正比,与距离平方成反比的,是与距离呈平方指数衰减的,这就说明距离越远引力衰减得越快。人们根据万有引力定律,推演出速度与引力之间的关系,即天体的环绕速度计算公式和逃逸速度计算公式,表述为:

环绕速度公式

v'=√(GM/r)

式中,v'为环绕速度,G为天体质量,r为天体半径。

逃逸速度公式

v"=√(2GM/R)

式中,v"为逃逸速度,G为天体质量,r为天体半径。

根据这两个公式,就可以计算出地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度。我们可以来验证一下,地球的质量为5.965x10^24kg,半径约6371km,代入公式:

环绕速度v'=√(5.965x10^24x6.67x10^-11/6371000)≈7.9km/s

逃逸速度v"=√(2x5.965x10^24x6.67x10^-11/6371000)≈11.2km/s

这就是所谓第一宇宙速度和第二宇宙速度的来历。

三个宇宙速度具体数值只是相对地球而言,在宇宙中并不通用。

第一宇宙速度是飞行器绕地飞行所需速度,既脱离不了地球引力,也逃脱不了地球引力。而且这个速度是从地表起飞时必须达到的速度,巡航速度就要看距离地表多高了,越高所需速度越慢,越低所需速度越快。如地球同步卫星距离地表35786km,距离地心42164km,在这个高度只要速度达到约3.1km/s就不会掉下来,也飞不走。

第二宇宙速度是脱离地球引力速度,也就是说达到这个速度,地球引力就拽不住这个航天器了,就可以飞往其他的行星。在地球上,起飞速度只要达到了每秒11.2km的速度,就可以飞往火星了。

第一第二宇宙速度相对其他星球来说,就是环绕速度和逃逸速度,在宇宙中通用的只有这两个速度。所有的天体都有这两个速度。如果根据上述公式计算,可以算出太阳环绕速度为436.6km/s,就是所谓太阳的第一宇宙速度;太阳逃逸速度为617.7km/s,就是太阳的第二宇宙速度。也就是说,人造飞行器从太阳表面起飞,只要达到每秒436.6千米,就可以绕着太阳飞,不掉下去也逃不走;只要达到每秒617.7千米,就可以逃脱太阳引力,逃往太阳系外飞往别的恒星。

这两个速度相对太阳来说,也只是起飞时达到的初速度,而飞高了,速度就并不需要那么快了,距离太阳越远,所需要的速度就越小。比如到了地球这个位置,所需要的环绕速度约29.8km/s,就是现在地球的公转速度。所以地球既不会掉向太阳,也飞不走。而到了距太阳1光年的边缘地带,太阳引力已经非常微弱,根据计算,只需要每秒约168米的速度就可以逃逸了。

三个宇宙速度(三个宇宙速度分别叫什么)(图1)

三个宇宙速度分别是多少?

三个宇宙速度分别是:

V1=7.9公里/秒

V2=11.2公里/秒

V3=16.7公里/秒

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。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。

资料拓展:

第四宇宙速度

所谓第四宇宙速度,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,约为110-120km/s,指在银河内绝大部分地方所需要的航行速度。如充分利用太阳系围绕银心的转速,最低航行速度可为82km/s。由于人类对银河系所知甚少,这个数字还需要很久才能形成公论。指在银河系内绝大部分地方所需要的脱离速度。目前根本无法得出第四宇宙速度,原因是对于银心的质量以及半径等无法取值。

第五宇宙速度

第五宇宙速度指航天器从地球发射,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,所以无法准确得知数据大小。目前科学家估计本星系群大概有500--1000万光年,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。

第六宇宙速度

第六宇宙速度指航天器从地球发射,飞出全宇宙的最小速度大小(准确来说是可见宇宙),但由于可见宇宙的具体半径,质量等数据未知,且众所周知,宇宙在膨胀,所以这个数据应该是不确定的,人们也不知道宇宙外面是否还有界。所以第六宇宙速度还是个有待研究的话题。

三个宇宙速度及其意义 三个宇宙速度及其意义介绍

1、三大宇宙速度指的是第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。其意义为探索航天途径,克服地球引力、太阳引力所需的最小能量,因此引入了三个宇宙速度的概念。

2、第一宇宙速度(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,也是最大绕行速度)。大小为7.91km/s,计算方法是v=√(gR),g是重力加速度,R是星球半径。

3、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11.18km/s。

4、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16.63km/s。

5、第一宇宙速度,是使物体克服地心引力在近地轨道环绕地球做匀速圆周运动的速度,约为7.9千米每秒;第二宇宙速度,是使物体绕地运动的最大速度,约为11.2千米每秒,超过此速度,物体将脱离地球,不再进行绕地运动。这个速度等于第一宇宙速度的2开2次方倍。在第一宇宙速度到第二宇宙速度之间,物体绕地球运动,轨迹为椭圆。第三宇宙速度,是使物体在地球上发射并脱离太阳的速度,一定要是顺着地球绕日运动的方向,以相对于地球的第三宇宙速度发射。这个速度约为16.7千米每秒。第三宇宙速度与地球绕日线速度之和等于地球绕日线速度的2开2次方倍。

什么是三个宇宙速度

第一宇宙速度是7.9km/s

,是物体要离开地球要具有的最低速度

第二宇宙速度是11.2km/s,是物体要离开太阳系的最低速度

第三宇宙速度16.7km/s,是物体要离开银河系的最低速度

三个宇宙速度
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