第二第三宇宙速度怎么推倒出来

如题所述

三个宇宙速度的推导都涉及到万有引力公式。公式为:G*M*m/R*R,还有一个是圆周运动规律公式:ma=m*V*V/r,还需要有动能计算公式:Ek=(1/2)*m*V*V。需要利用的原理有匀速运动时受力平衡,以及机械能守衡定律。
(一)第一宇宙速度的推导
第一宇宙速度:在地面上发射一物体,能使该物体绕地球轨道运行所需的最小发射速度,或物体能绕地球运转的最小速率,由匀速运动时物体受力平衡可知, m*V1*V1/R=G*M*m/R*R,由G*M*m/R*R=m*g,所以G*M=g*R*R,解V1=g*R的平方根,其中R为地球半径,g为重力加速度,用具体数值可解得V1=7.9km/s。
(二)第二宇宙速度的推导
在地面上发射一个航天器,使之能脱离地球的引力场所需要的最小发射速度,称为第二宇宙速度。一个航天器在它的燃料烧完后脱离地球的过程中,该系统符合机械能守恒的条件。由此即可推得第二宇宙速度v2。
要计算第二宇宙速度,必须求出在地球引力场中,移动物体时克服引力所做的功。很显然,物体上升的越高,需要做的功也就越多。但同一物体在不同高度处所受地球引力并不相等,随着物体高度的增加,地球引力将逐渐减弱。当物体与地球的距离趋于无穷大时,地球对它的引力也就趋于零,这时物体就脱离了地球的引力场。因此,物体由地球表面上升到无限远处克服地球引力所做的功为一定值。
(三)第三宇宙速度,就是从地球表面发射,并能够挣脱太阳引力的束缚,飞出太阳系时必须具有的速度。
我们计算一下,如果不考虑地球引力,从地球轨道的地方出发,要想飞出太阳系,需要具有多大的速度呢?假这个速度是V,那么可证明,它是地球公转速度的根号2倍(这道理就跟第二宇宙速度是第一宇宙速度的根号2倍一样),地球的公转速度是多少?大约为30千米/秒,那么可以算出V大约为42千米/秒。如果我们顺着地球公转的方向发射,由于本身就具有30千米/秒的速度,那么只需要42-30=12千米/秒的速度就可以了。但是,还要考虑地球的引力,由于要求挣脱地球引力以后,还要具有12千米/秒的速度,那么总共需要多大的速度呢?设这个速度(就是第三宇宙速度)为v3,第二宇宙速度那么v2,那么:1/2mv3^2-1/2mv2^2=1/2m(12)^2。解得:v3约为16.5千米/秒,考虑到木星等大行星的引力作用,实际上的第三宇宙速度约为16.7千米/秒。
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第二宇宙速度是如何计算的?
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。由动能定理得 (mV^2)\/2-GMm\/r^2*dr=0;由微积分dr=r地 解得V=√(2GM\/r)这个值正好是第一宇宙速度的√2倍。

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