宇宙速度推导

第一宇宙速度推导

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

mg=GMm/r^2=mv^2/r

mg=mv^2/r

所以v^2=gr

R 地=6.37*10^6m,g=9.8 m/s^2

v= 7.9 km/s

计算公式:V1=√gR(m/s),其中g=9.8(m/s^2),R=6.37×10^6(m) 。

第二宇宙速度推导

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 ;地球半径为R;

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。

由机械能守恒得

mv^2/2 - GMm/R = 0

解得v=sqr(2gR )=11.2km/s

恰为第一宇宙速度的根号2倍

第三宇宙速度推导

以离太阳表面无穷远处为0势能参考面,则有

(先不考虑地球引力)1/2mv(人造天体对太阳)^2+(-GMm/R)=0

m 为人造天体的质量,R 为平均日地距离,M 为太阳质量

v=√(2GM/R)=42.2km/s

∵v(地球绕太阳)=29.8km/s

∴v ’=42.2-29.8=12.4km/s

设R' 为地球半径,M' 为地球质量

又∵发射时必须克服地球引力做功

∴1/2mv^2-GM'm/R‘=1/2mv’^2

∵GM'm/R'=1/2mv2^2(v2为第二宇宙速度)

∴1/2mv^2-1/2mv2^2=1/2mv’^2

∴v=√(v2^2+v'^2)

v= 16.7km/s

第四宇宙速度(脱离银河系)

由于人类对银河系所知甚少,对于银河系的质量以及半径等也无法取值,120km/s的数值为在银河系内的绝对脱离速度,用作代表第四宇宙速度。第四宇宙速度的准确值至今无法辨认。

第五宇宙速度(脱离本星系群)

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(脱离宇宙)

第六宇宙速度是指在地球上以这一速度发射飞船,即可脱离全宇宙的引力的速度,由于目前尚未测准宇宙总质量,因此没有准确数值。

第一宇宙速度推导

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

mg=GMm/r^2=mv^2/r

mg=mv^2/r

所以v^2=gr

R 地=6.37*10^6m,g=9.8 m/s^2

v= 7.9 km/s

计算公式:V1=√gR(m/s),其中g=9.8(m/s^2),R=6.37×10^6(m) 。

第二宇宙速度推导

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 ;地球半径为R;

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。

由机械能守恒得

mv^2/2 - GMm/R = 0

解得v=sqr(2gR )=11.2km/s

恰为第一宇宙速度的根号2倍

第三宇宙速度推导

以离太阳表面无穷远处为0势能参考面,则有

(先不考虑地球引力)1/2mv(人造天体对太阳)^2+(-GMm/R)=0

m 为人造天体的质量,R 为平均日地距离,M 为太阳质量

v=√(2GM/R)=42.2km/s

∵v(地球绕太阳)=29.8km/s

∴v ’=42.2-29.8=12.4km/s

设R' 为地球半径,M' 为地球质量

又∵发射时必须克服地球引力做功

∴1/2mv^2-GM'm/R‘=1/2mv’^2

∵GM'm/R'=1/2mv2^2(v2为第二宇宙速度)

∴1/2mv^2-1/2mv2^2=1/2mv’^2

∴v=√(v2^2+v'^2)

v= 16.7km/s

第四宇宙速度(脱离银河系)

由于人类对银河系所知甚少,对于银河系的质量以及半径等也无法取值,120km/s的数值为在银河系内的绝对脱离速度,用作代表第四宇宙速度。第四宇宙速度的准确值至今无法辨认。

第五宇宙速度(脱离本星系群)

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(脱离宇宙)

第六宇宙速度是指在地球上以这一速度发射飞船,即可脱离全宇宙的引力的速度,由于目前尚未测准宇宙总质量,因此没有准确数值。


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