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第二宇宙速率--當物體(航天器)飛行速率達到11.2千米/秒時,就可以甩掉月球引力的禁錮,飛離月球步入環繞太陽運行的軌道,不再繞月球運行。這個脫離月球引力的最小速率就是第二宇宙速率。各類行星或衛星偵測器的起始飛行速率都低于第二宇宙速率。
第二宇宙速率v當航天器超過第一宇宙速率v達到一定值時,它才會脫離月球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星,這個速率就稱作第二宇宙速率,又名逃逸速率。根據熱學理論可以估算出第二宇宙速率v=11.2km/s。
第二宇宙速率即逃逸速率,一物體的動能等于該物體的重力勢能的大小時的該物體的速度。逃逸速率通常描述為甩掉一重力場的引力禁錮飛離那重力場所需的最低速度。
決定誘因播報
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逃逸速率
逃逸速率取決于星球的質量。假如一個星球的質量大,其引力就強,逃逸速率值就高。反之一個較輕的星球將會有較小的逃逸速率。逃逸速率還取決于物體與星球中心的距離。距離越近,逃逸速率越大。月球的逃逸速率是11.2公里/秒,太陽的逃逸速率為617.7公里/秒。假如一個天體的質量與表面引力很大,促使逃逸速率達到甚至超過了光速,該天體就是黑洞。黑洞的逃逸速率達30萬千米/秒。通常覺得宇宙沒有邊界,說宇宙中的物質逃出到別的地方去這樣的問題沒有意義,因而,說宇宙的逃逸速率也顯然沒有意義[2]。
不過,宇宙正在膨脹,即星體都在向遠處運動(互相遠離),這就存在這樣一個問題:假若宇宙的膨脹速率足夠大,星體都會克服宇宙的總引力而永遠膨脹下去。這就好象星體在逃出一樣。這兒,膨脹速率也就等同逃出速率了。其實,假如膨脹速率不夠大,膨脹必將停止,宇宙的總引力將會使星體互相緊靠,如同飛離月球的物體再掉回去一樣。
因而,這樣來理解宇宙的逃逸速率,就成了一個很有意義的問題。宇宙是永遠膨脹還是轉而收縮,取決于膨脹速率和總引力的大小。因為膨脹速率可以測定,因此就取決于宇宙的總引力,實際上就是宇宙究竟有多重。
從數學學界的普遍想法來講,宇宙始于一個奇點——也就是黑洞。而黑洞則是連光速運動的物體也未能逃脫的。光速是連續運動的速率極限,任何作連續運動的物體都難以趕超光速。所以,宇宙是不存在逃逸速率的。
衛星的發射速率
某恒星的逃逸速率是逃脫該恒星引力禁錮的最低速率。
具有逃逸速率并不代表可以逃脫引力范圍(由于引力范圍無限)。逃逸速率只是物理上的一個估算極限。
逃脫引力禁錮并不代表不受引力,它只代表物體不會再由于引力而未能抵達更遠的地方。引力是一個長程雙向力第一宇宙速度怎么求出來的,無論距離引力源多遠,引力都不會消失。只是由于在距引力源足夠遠時,引力影響顯得極弱,足以忽視不計。所以說,引力并沒有所謂的范圍,它無時無刻不在。
綜上,逃逸速率的估算與距引力源的距離無關,只與引力源的質量大小有關。
估算方式播報
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一個質量為m的物體具有速率v,則它具有的動能為mv^2/2。假定無窮遠地方的引力勢能為零(應為物體距離月球無窮遠時,物體遭到的引力勢能為零,所以這個假定是合理的)。
物體的勢能又可寫為-GmM/r,其中M為月球質量。設物體在地面的速率為V,月球直徑為R,則按照能量守恒定理可知,在月球表面物體動能與勢能之和等于在r處的動能與勢能之和,即
mV2/2+(-GMm/R)=mv2/2+(-GmM/r)。
當物體甩掉月球引力時,r可看作無窮大,引力勢能為零,則上式變為
mV2/2-GmM/R=mv2/2.
逃逸速率
其實,當v等于零時,所需的脫離速率V最小,即V=2GM/R開根號,
又由于
GMm/R2=mg,
所以
V=2gR開根號,
另外,由上式可見脫離速率(第二宇宙速率)正好等于第一宇宙速率的根號2倍。
其中g為月球表面的重力加速度,其值為9.8牛頓/千克。月球直徑R約為6370千米,因而最終得到月球的脫離速率為11.17千米/秒。
不同天體有不同的逃逸速率,脫離速率公式也同樣適用于其他天體。
宇宙速率分類播報
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第一宇宙速率
第一宇宙速率
人類的航天活動,并不是一味地要逃出月球。非常是當前的應用航天器,須要繞月球飛行,即讓航天器作圓周運動。要作圓周運動,必須一直有一個力作用在航天器上。其大小等于該航天器運行線速率的平方除以其質量再乘以公轉直徑,即F=mv2/R,其中v2/R是物體作圓周運動的向心加速度。在這兒,剛好可以借助月球的引力,在合適的軌道直徑和速率下,月球對物體的引力,恰好等于物體作圓周運動的向心力。第一宇宙速率又稱環繞速率。實際上,月球表面存在稠密的大氣層,航天器不可能緊貼月球表面作圓周運動,必需在150千米的飛行高度上,能夠繞月球作圓周運動。在此高度下的環繞速率為7.9千米/秒。
第一宇宙速率
第二宇宙速率
第二宇宙速率又稱為逃逸速率,指物體完全甩掉月球引力禁錮第一宇宙速度怎么求出來的,飛離月球的所須要的最小初始速率。同樣,因為月球表面稠密的大氣層,航天器無法這樣高的初始速率起飛,實際上,航天器是先離開大氣層,再加速完成脫離的(比如先到達近地軌道,再在該軌道加速)。在這高度下,航天器的脫離速率較小,約為11.2千米/秒。
第三宇宙速率
第三宇宙速率
第三宇宙速率又稱為脫離速率,是指在月球上發射的物體甩掉太陽引力禁錮,飛出太陽系所需的最小初始速率,約為16.7km/s。原本,在月球軌道上,要脫離太陽引力所需的初始速率為42.1千米/秒,但月球繞太陽公轉時令地面所有物體已具有29.8千米/秒的初始速率,甚或若沿月球公轉方向發射,只需在脫離月球引力以外額外再加上12.3千米/秒的速率,原本逃逸速率是一個無方向概念,但第三宇宙速率因為要利用月球公轉的初始速率,所以額外疊加的12.3千米/秒的速率方向應與月球公轉速率方向相同。
第四宇宙速率
第四宇宙速率是指在月球上發射的物體甩掉銀河系引力禁錮,飛出銀河系所需的最小初始速率。但因為人們仍未曉得銀河系的確切大小與質量,因而只能簡略計算,其數值在110~120千米/秒之間。而實際上,一直沒有航天器才能達到這個速率。
宇宙速率的概念也可應用于在其他天體發射航天器的情況。諸如估算火星的環繞速率和逃逸速率,只須要把公式中的M、R、g換成火星的質量、半徑、表面重力加速度即可。
研究意義播報
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逃逸速率,取決于星球的質量。假如一個星球的質量大,其引力就強,逃逸速率值就大。反之,一個較輕的星球,將會有較小的逃逸速率。逃逸速率還取決于物體與星球中心的距離,距離越近,逃逸速率越大。假如一個天體的質量與表面引力很大,促使逃逸速率達到甚至超過了光速,該天體就是黑洞。黑洞的逃逸速率達30萬千米/秒。通常覺得,宇宙沒有邊界,說宇宙中的物質逃出到別的地方去這樣的問題是沒有意義的。為此,討論宇宙的逃逸速率,也顯然沒有意義。
不過,宇宙正在膨脹,即星體都在向遠處運動(互相遠離),這就存在這樣一個問題:假若宇宙的膨脹速率足夠大,星體都會克服宇宙的總引力,而永遠膨脹下去,這就好象星體在逃出一樣。這兒,膨脹速率也就等同逃出速率。其實,假如膨脹速率不夠大,膨脹必將停止,宇宙的總引力將會使星體互相緊靠,如同飛離月球的物體再掉回去一樣。
因而,這樣來理解宇宙的逃逸速率,就成了一個很有意義的問題。宇宙是永遠膨脹還是轉而收縮,取決于膨脹速率和總引力的大小。因為膨脹速率可以測定,因此就取決于宇宙的總引力,實際上就是宇宙究竟有多重。
逃逸速率是一個質點永遠脫離母體引力必須具有最小速率,倘若僅從質點具有小于逃逸速率后脫離母體引力作用遠逝他處,這樣理解是不全面的,逃逸速率還有深遠意義,本文將討論逃逸速率就是母體引力作用傳遞速率。