宇宙速度的诠释
1. 对三种宇宙速度的认知
(1)首要的宇宙速度:这是物体环绕地球运动的最小速度,也是发射人造地球卫星的必要速度。当其数值达到7.9 km/s时,物体便可开始在地球附近进行匀速圆周运动。
(2)次要的宇宙速度:若要发射飞行器以克服地球的引力并永远离开地球,必须使其速度达到至少11.2 km/s。
(3)第三宇宙速度:当需要让飞行器脱离太阳引力的束缚,飞往太阳系外的空间时,其最小发射速度为16.7 km/s。
2. 首要的宇宙速度的推导
已知地球的质量以及近地卫星的轨道半径与地球半径的近似相等性,结合重力加速度的概念,我们可以通过两种思路推导出首要的宇宙速度。
思路一:万有引力为物体提供向心力。
思路二:通过其他公式推导得出。
从这两种表达方式可以看出,首要的宇宙速度大小完全由地球的特性和相关物理常数决定。类似地,其他的首要宇宙速度亦可以相应计算。
3. 发射速度与环绕速度的关系
(1)当发射速度等于7.9 km/s时,卫星将在地球表面附近进行匀速圆周运动。
(2)若发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间时,卫星将以椭圆轨道绕地球运动,且发射速度越大,其轨道半长轴也越大。在近地点,卫星的速度会增大;而在远地点,卫星的速度则会减小。
(3)当发射速度达到或超过11.2 km/s但小于16.7 km/s时,卫星将围绕太阳转动,成为太阳系的一颗“小行星”,或者绕太阳系内其他星体进行运动。
(4)一旦发射速度达到或超过16.7 km/s,卫星便能挣脱太阳引力的束缚,进入太阳系以外的空间。