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顛覆傳統認知!重新解讀三大宇宙速度的真正含義

更新時間:2024-10-11 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

概括:iyB物理好資源網(原物理ok網)

三大宇宙速度是天文學和衛星發射的基礎。目前的推導和解釋都是基于經典的引力理論。事實上,目前對它們的計算和理解并不完全正確,甚至有的完全錯誤。iyB物理好資源網(原物理ok網)

現代天文學對這三種宇宙速度的解釋如下:iyB物理好資源網(原物理ok網)

第一宇宙速度為7.9km/s,稱為繞地球表面運行的速度;第二宇宙速度為11.2公里/秒,稱為逃離地球的速度;第三宇宙速度為16.7公里/秒,稱為逃離太陽系的速度。速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

而它的真正含義是:iyB物理好資源網(原物理ok網)

第一宇宙速度的實際含義是:地物由自轉轉為公轉和共核慣性運動后,核心距離最小時的公轉速度,且轉變前后的共核慣性守恒。iyB物理好資源網(原物理ok網)

第二宇宙速度的實際含義是:當地面物體具有第二宇宙速度時,它將相對地心以自由落體運動遠離地球。相當于第一宇宙速度,具有同樣的核慣性守恒。這和第二宇宙速度不一樣。不是逃離地球的速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

第三宇宙速度的實際含義是:地面上隨地球旋轉的物體轉變為繞太陽運行的行星的初始速度。這不是它逃離太陽系的速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

介紹:iyB物理好資源網(原物理ok網)

利用萬有引力定律計算三大宇宙速度相對復雜,甚至涉及極限和積分。然而,利用共同核慣性守恒定律可以非常簡單地計算出三大宇宙速度。特別指出的是,三大宇宙速度的數值并不是固定值。 ,但隨著空間位置的變化而變化,這與芯距、旋轉、旋轉軸距有關。iyB物理好資源網(原物理ok網)

利用同核慣性守恒定律,可以精確計算并完美解釋三大宇宙速度,這對于衛星發射、變軌、重力捕獲和彈弓效應等航天應用尤為重要。iyB物理好資源網(原物理ok網)

離地第一宇宙速度的值隨地面高度變化很大。任意點第一宇宙速度的計算公式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(引文1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

僅與共核系統的共核常數和核心距離有關。iyB物理好資源網(原物理ok網)

地面物體的第一宇宙速度在7.8到7.9之間,隨地面位置的不同而變化。它與距地心的距離、自轉速度和自轉軸距離有關。計算公式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(引述2)iyB物理好資源網(原物理ok網)

地面物體的第二宇宙速度在11到11.2公里/秒之間變化。地面上不同位置的速度也不同。它還與地面定位點的核心距離、旋轉速度和旋轉軸距離有關。iyB物理好資源網(原物理ok網)

第一宇宙速度和第二宇宙速度的關系為:第一宇宙速度的運動方向是繞地心公轉,第二宇宙速度的運動方向是相對于地心上升的彈射運動。地心,與自由落體方向相反。共同核心運動。iyB物理好資源網(原物理ok網)

如果第二宇宙速度進入軌道并繞地球運行,則相當于第一宇宙速度。它們的等價換算公式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(引用3)iyB物理好資源網(原物理ok網)

第三宇宙速度是地面物體成為太陽系行星的公轉速度。 16.7公里/秒代表在地球近日點地面物體成為太陽系行星的最小速度。它的軌道距離位于火星和木星之間的日心約4.8億公里。它們之間的行星軌道計算公式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(引文4)(V為地球繞太陽任意軌跡點的公轉速度)iyB物理好資源網(原物理ok網)

1 第一宇宙速度的推導與計算iyB物理好資源網(原物理ok網)

1.1 共同核心慣性守恒定律的核心內容iyB物理好資源網(原物理ok網)

共同核慣性守恒定律的表達式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

宇宙中所有大質量物體在不受外界影響的情況下,都會相對于核心(以中心點或軸為參考系)作永恒的慣性運動,且其運動路徑上任意時刻軌跡點的核心慣性始終為保守的。iyB物理好資源網(原物理ok網)

外力只能改變共同核心慣性的狀態或運動形式。外力消失后,仍會保持其共同核心慣量守恒。iyB物理好資源網(原物理ok網)

在同一個共同核心系統中,公轉、自由落體和自轉是不受任何外界影響的三種共同核心慣性運動形式。任何軌跡點的公共核心慣量始終守恒。有一個共同的核心慣性守恒方程:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1.1.1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

主要天體運動參數量綱表(1-1-1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

第二宇宙速度的推導iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1-1-1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

右手公式第一項表示公轉運動的共心慣量第二宇宙速度的推導,右手公式第二項表示自由落體運動的共心慣量,右手公式第三項表示自由落體運動的共心慣量公式表示旋轉運動的共核慣量。在同一共核系統中,質量相等無論物體處于何種形式的共核慣性運動,其在任意軌跡點的共核慣性總是守恒的。iyB物理好資源網(原物理ok網)

如果從上式中去掉質量m,我們得到:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1.1.2)iyB物理好資源網(原物理ok網)

這就是共核常數恒等式,也就是說在同一個共核系統中,在公轉、自由落體和自轉三種不同形式的共核慣性運動中,路徑上任意軌跡點的共核常數恒等式為等于 任何獨立的共核系統都存在一定的共核常數值,該值與其運動形式、質量和軌跡點位置無關。下表列出了多個共核系統的共核常數值(1-1-2):iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1-1-2)iyB物理好資源網(原物理ok網)

1.2 第一宇宙速度計算公式的推導iyB物理好資源網(原物理ok網)

第一宇宙速度的實際含義是:隨地面自轉的質量物體轉化為近地衛星的公轉速度。這只是質量物體的共同核心慣性運動形式的變化。變化前后共同的核慣量仍然守恒,因此有共同的核常數恒等式:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

發生變形且不隨地球旋轉的空間質量物體的第一宇宙速度為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.2)iyB物理好資源網(原物理ok網)

第一宇宙速度7.9km/s的具體含義是:在不考慮大氣阻力和光滑表面的情況下,核心距離等于地球半徑(R=r)時近地衛星的公轉速度,所有非近地衛星(當R大于r時),公轉速度均小于該值。 7.9公里/秒是繞地球公轉的最大速度,也是太空某一點的最大第一宇宙速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

地面物體的第一宇宙速度將小于7.9公里/秒,因為地球上的物體具有轉動慣量。在公轉方向與自轉方向一致的前提下,計算公式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.3)iyB物理好資源網(原物理ok網)

經典物理學僅對空間物體導出近地第一宇宙速度,而對地面物體則將其視為第一宇宙速度。事實上,地面上的第一宇宙速度和太空中的第一宇宙速度相差很大。iyB物理好資源網(原物理ok網)

將地面上的人造地球衛星變成近地衛星,地球上不同發射點達到第一宇宙速度的起始速度和能耗并不相等。iyB物理好資源網(原物理ok網)

以第一宇宙速度運行的近地衛星的起始速度與地球自轉方向、地位自轉速度、自轉軸距離和核心距離有關。對于這個列表,計算地球上各個位置第一宇宙速度的起始速度表(公轉方向與自轉方向相同)(1-2-1):iyB物理好資源網(原物理ok網)

(1-2-1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

表中的第一宇宙速度一欄值中,地物的第一宇宙速度與自轉速度和自轉軸距離有關;而空間中任意位置點的第一宇宙速度實際上就是該位置點的公轉速度,比如同步衛星的高度第一宇宙速度為3.07km/s,第一宇宙速度的平方的乘積在任意點處,芯距始終等于公共芯常數。iyB物理好資源網(原物理ok網)

2 第二宇宙速度的推導與計算iyB物理好資源網(原物理ok網)

第二宇宙速度的實際含義是:在地面上進行自轉或自由落體運動的物體貝語網校,獲得第二宇宙速度后,將相對地心遠離地球,即與地心運動相反的運動。自由落體運動。其任意軌跡點速度的平方與核心距離的乘積的一半總是等于公共核心常數,因此有公共核心常數恒等式:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(2.1)iyB物理好資源網(原物理ok網)

右手公式第一項稱為動能同核慣量,意思是投擲運動中核與核之間的距離越大,第二宇宙速度越小。看表(1-2-1),11.2km/s是地物的第二速度。宇宙速度,而太空中的第二宇宙速度隨核心距離變化很大,到月球軌道位置只有1.44km/s。iyB物理好資源網(原物理ok網)

或者你可以這樣理解第二宇宙速度:當一個蘋果以11.2公里/秒的速度從樹上掉下來時,它永遠不會再落到地面上,而是會無限地遠離地球向相對于地球的高空運動。地球的中心。速度會繼續降低,直到達到同步衛星軌道附近的速度僅為3.07km/s,并無限遠離地心,直到被途中的其他天體捕獲或彈射出去。iyB物理好資源網(原物理ok網)

變形(2.1)可以得到第二宇宙速度的多個計算公式:iyB物理好資源網(原物理ok網)

第二宇宙速度的推導iyB物理好資源網(原物理ok網)

(2.2)iyB物理好資源網(原物理ok網)

右邊公式的第一項和第二項是空間位置不隨地球旋轉的物體的第二宇宙速度的計算公式,而第三項是計算空間位置隨地球旋轉的物體的第二宇宙速度的公式與地球。第三項代表第一宇宙的速度與第二宇宙的速度之間的等價關系成立。iyB物理好資源網(原物理ok網)

第一宇宙速度和第二宇宙速度的區別在于共核運動的方向和形式不同。前者是繞核心旋轉,后者是與自由落體運動相反的投擲運動。它們的共核慣性是守恒的。是保持共同核心慣量守恒的兩個等效速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

第二宇宙的速度并沒有逃逸地月核心系統。如果假設宇宙中只有一個地月核心系統,那么物體距離地球中心只有無限遠,第二個宇宙的速度變得無限小,任何軌跡的第三個點是兩個宇宙速度平方乘積的一半,距核心的距離始終等于地月系統的同核慣量。它仍然圍繞太陽旋轉,因此仍然屬于地月共核系統。iyB物理好資源網(原物理ok網)

然而,由于宇宙中與地球相鄰的共核系統數不勝數,如果它們距離地心遠到一定距離,就會被附近其他共核系統的引力捕獲或者彈射出去。彈弓效應,這將在后面討論。iyB物理好資源網(原物理ok網)

3 第三宇宙速度的推導與計算iyB物理好資源網(原物理ok網)

第三宇宙速度的確切含義是:地面物體脫離地月核心系統進入太陽系成為繞太陽運行的行星的最小速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

首先我們需要明確關于同核系統組成的常識:月球繞地軸公轉形成獨立的月球同核系統,而月球繞地心公轉形成地月同核系統系統中,月球、地球和行星同時圍繞日心旋轉,形成一個共同的核心。在太陽系中,不同的共核系統具有不同的共核常數。iyB物理好資源網(原物理ok網)

地球不僅具有地月系的共核慣性,還具有太陽系繞太陽運行的共核慣性。因此,地球上的物體想要進入太陽系,首先必須逃離地月共核系統,然后需要具備地面第二宇宙速度。同時,它繞太陽公轉的速度必須滿足共核太陽系常數。iyB物理好資源網(原物理ok網)

第三宇宙速度的計算公式為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(3.1) (V為地球在繞太陽任意軌道點的公轉速度)iyB物理好資源網(原物理ok網)

這個公式是怎么推導出來的呢?iyB物理好資源網(原物理ok網)

步驟1:地球在繞太陽任意軌跡點的公轉速度為V,則共核太陽系中物體在該位置的第二宇宙速度為其根的兩倍。那么,共核太陽系中地物的第二宇宙速度為:等于太陽系在地球軌道點的第二宇宙速度加上地球地物在地球上的第二宇宙速度- 月球系統。iyB物理好資源網(原物理ok網)

以地球近日點公轉速度30.03km/s為例,以共核太陽系為參考,共核太陽系中地面物體相對日心需要自由運動的速度為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(3.2)iyB物理好資源網(原物理ok網)

這個速度是地球位于近日點時地球上物體遠離日心的實際速度。嚴格來說,這是地面物體逃離太陽系所需的第二宇宙速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

但事實是:在共核太陽系中,當地面物體被拋離太陽時,它們的第二宇宙速度不需要加速到這個速度,因為地球上的物體在近日點有繞太陽公轉的速度為30.03km/s,所以必須用這個速度減去實際加速度,即:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(3.3)iyB物理好資源網(原物理ok網)

這個速度是指在共核太陽的近地點第二宇宙速度的推導,地面物體需要相對于日心加速逃離太陽系的速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

共核太陽中地面物體的加速度相當于其繞太陽公轉的速度。如果將此速度換算成繞太陽公轉,則必須將公轉速度除以2的平方根,即;iyB物理好資源網(原物理ok網)

(3.4)iyB物理好資源網(原物理ok網)

這就是第三宇宙速度。可見,第三宇宙速度本質上是地面物體脫離地球后繞太陽運行的最小速度,即太陽系中行星從地面發射的最小速度。iyB物理好資源網(原物理ok網)

如果以第三宇宙速度進入太陽系軌道,此時距日心的距離,即核心距離為:iyB物理好資源網(原物理ok網)

(3.5)iyB物理好資源網(原物理ok網)

這是火星和木星之間的軌道,這意味著第三宇宙速度的真正意義并不是逃離太陽系,而是逃離地月系進入太陽系的行星的公轉速度系統。iyB物理好資源網(原物理ok網)

當一顆從地面出發的人造行星到達這個軌道位置時,它必須有16.7公里/秒的入軌速度才能進入共核太陽系并繞太陽運行;iyB物理好資源網(原物理ok網)

同樣,如果它在地面上以23.63km/s的速度逃離地球,則在地球近日點的速度降低到12.43km/s而被拋離日心,或者以速度為11.2公里/秒,地球將在近日點加速到12.43公里/秒時才能遠離日心。iyB物理好資源網(原物理ok網)

那么,當物體以12.43km/s的速度被拋離地球近日點的日心時,任意軌跡點速度的平方與日心距離的乘積的一半將始終等于核心太陽系常數,這意味著該物體不會離開太陽系,但可能會在途中通過彈弓效應被彈射或被木星或其他天體捕獲。這可以用來分析和預測航行者一號的軌跡,這將在后面介紹。iyB物理好資源網(原物理ok網)

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