相關數值
如果想使物體掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系以外的宇宙空間去,必須使它的速度等於或者大於16.7km/s,即第三宇宙速度。
第三宇宙速度(V3) 從地球表面發射航天器,飛出太陽系,到浩瀚的銀河系中漫遊所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度。按照力學理論可以計算出第三宇宙速度V3=16.7公裏/秒。需要註意的是,這是選擇航天器入軌速度與地球公轉速度方向壹致時計算出的V3值;如果方向不壹致,所需速度就要大於16.7公裏/秒了。可以說,航天器的速度是掙脫地球乃至太陽引力的惟壹要素,目前只有火箭才能突破該宇宙速度。
什麽是宇宙速度
宇宙速度是指物體達到11.2 千米/秒(第壹宇宙速度)的運動速度時能擺脫地球引力束縛的壹種速度。在擺脫地球束縛的過程中,在地球引力的作用下它並不是直線飛離 地球 ,而是按拋物線飛行。脫離地球引力後在太陽引力作用下繞 太陽運行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系 ,物體的運動速度必須達到16.7千米/秒。那時將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。
物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力的束縛。在擺脫地球束縛的過程中,在 地球引力的作用下它並不是直線飛離地球,而是按拋物線飛行。脫離地球引力後在太陽引力 作用下繞太陽運行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系,物體的運動速度必須達到16.7千/秒(第二宇宙速度)。那時將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。
人類的航天活動,並不是壹味地要逃離地球。特別是當前的應用航天器,需要繞地球飛行,即讓航天器作圓周運動。我們知道,必須始終有壹個與離心力大小相等,方向相反的力作用 在航天器上。在這裏,我們正好可以利用地球的引力。因為地球對物體的引力,正好與物體 作曲線運動的離心力方向相反。經過計算,在地面上,物體的運動速度達到7.9千米/秒(環繞速度)時,它所產生的離心力,下好與地球對它的引力相等。這個速度被稱為環繞速度。
上述使物體繞地球作圓周運動的速度被稱為第壹宇宙速度;擺脫地球引力束縛,飛離地球的 速度叫第二宇宙速度。 而擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系的速度叫第三宇宙速度。根據萬有引力定律,兩個物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此,物體離地球中心的距 離不同,其環繞速度(第壹宇宙速主)和脫離速度(第二宇宙速度)有不同的數值。
第三宇宙速度的計算方式
計算方式:
G*M*m/r^2 = m*(v^2)/r G引力常數,M被環繞天體質量,m環繞物體質量,r環繞半徑,v速度。
得出v^2 = G*M/r,月球半徑約1738公裏,是地球的3/11。質量約7350億億噸,相當於地球質量的1/81。
月球的第壹宇宙速度約是1.68km/s.
再根據:V^2=GM(2/r-1/a) a是人造天體運動軌道的半長徑。a→∞,得第二宇宙速度V2=2.38km/s.
壹般:第二宇宙速度V2等於第壹宇宙速度V1乘以√2。
第三宇宙速度V3較難:
我以地球打比方吧,繞太陽運動的平均線速度為29.8km/s。在地球軌道上,要使人造天體脫離太陽引力場的逃逸速度為42.1km/s。當它與地球的運動方向壹致的時候,能夠充分利用地球的運動速度,在這種情況下,人造天體在脫離地球引力場後本身所需要的速度僅為兩者之差V0=12.3km/s。設在地球表面發射速度為V3,分別列出兩個活力公式並且聯立:
V3^2-V0^2=GM(2/r-2/d) 其中d是地球引力的作用範圍半徑,由於d遠大於r,因此和2/r這壹項比起來的話可以忽略2/d這壹項,由此就可以計算出:
V3=16.7km/s,也就是第三宇宙速度。