第一宇宙速度
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(又稱環繞速度):是指物體緊貼地球表面作圓周運動的速度(也是人造地球衛星的最小發射速度)。大小為7.9km/s
——計算方法是v‵=gr
(g是重力加速度,r是星球半徑)
第二宇宙速度(又稱脫離速度):是指物體完全擺脫地球引力束縛,飛離地球的所需要的最小初始速度。大小為11.2km/s
第三宇宙速度(又稱逃逸速度):是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系所需的最小初始速度。其大小為16.7km/s。
第二宇宙速度
11.2千米/秒
當物體(航天器)飛行速度達到11.2千米/秒時,就可以擺脫地球引力的束縛,飛離地球進入環繞太陽運行的軌道,不再繞地球運行。這個脫離地球引力的最小速度就是第二宇宙速度。各種行星探測器的起始飛行速度都高于第二宇宙速度。
第二宇宙速度(v2)
當航天器超過第一宇宙速度v1達到一定值時,它就會脫離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星,這個速度就叫做第二宇宙速度,亦稱逃逸速度。按照力學理論可以計算出第二宇宙速度v2=11.2公里/秒。由于月球還未超出地球引力的范圍,故從地面發射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可。
假設在地球上將一顆質量為m的衛星發射到繞太陽運動的軌道需要的最小發射速度為v;
此時衛星繞太陽運動可認為是不受地球引力,距離地球無窮遠;
認為無窮遠處是引力勢能0勢面,并且發射速度是最小速度,則衛星剛好可以到達無窮遠處。
由動能定理得
1/2*mv^2-gmm/r=0;
解得v=√(2gm/r)
這個值正好是第一宇宙速度的√2倍。
第三宇宙速度
16.7千米/秒
從地球起飛的航天器飛行速度達到16.7千米/秒時,就可以擺脫太陽引力的束縛,脫離太陽系進入更廣漠的宇宙空間。這個從地球起飛脫離太陽系的最低飛行速度就是第三宇宙速度。
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,必須使它的速度等于或者大于16.7千米/秒,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游所需要的最小速度,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公里/秒。需要注意的是,這是選擇航天器入軌速度與地球公轉速度方向一致時計算出的v3值;如果方向不一致,所需速度就要大于16.7公里/秒了。可以說,航天器的速度是掙脫地球乃至太陽引力的惟一要素,目前只有火箭才能突破該宇宙速度。
有些人問:地球的速度已經超過第三宇宙速度了為什么沒逃出太陽系?
答:三個宇宙速度都是指對地球球心的,第一宇宙速度7.9千米/秒,叫環繞速度,真正發射航天器時,只要有7.5千米/秒就夠了,條件是在赤道上由西向東發射,借助約400m/s的地球自轉速度就行了。第二宇宙速度是11.2km/s,叫脫離速度,達到它就可以離開地球。第三宇宙速度是16.7km/s,叫逃逸速度,再借助地球公轉速度也就是說46.7km/s就可以逃出太陽系了。
第四宇宙速度
約110~120千米/秒
是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛,飛出銀河系所需的最小初始速度。但由于人們尚未知道銀河系的準確大小與質量,因此只能粗略估算,其數值在110~120千米/秒之間。而實際上,仍然沒有航天器能夠達到這個速度。