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地球公轉速度遠大於第三宇宙速度,為何沒有飛離太陽系?

第一宇宙速度

航天器沿地球表面作圓周運動時必須具備的發射速度,也叫環繞速度。按照力學理論可以計算出V1=7.9公里/秒。航天器在距離地面表面數百公里以上的高空運行,天空對航天器引力比在地面時要小,故其速度也略小於V1。


第二宇宙速度

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,亦稱脫離速度。按照力學理論可以計算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒。由於月球還未超出地球引力的範圍,故從地面發射探月航天器,其初始速度不小於10.848公里/秒即可。


第三宇宙速度

從地球表面發射航天器,飛出太陽系,到浩瀚的銀河系中漫遊所需要的最小發射速度,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,所需速度就要大於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唯一要素,目前只有火箭才能突破該宇宙速度。

現在

討論一個問題:地球的平均公轉速度29.783公里/秒(107,218km/h),比第三宇宙速度大的多,但為什麼地球還要繞著太陽做近似圓的公轉,他應該不受太陽的束縛飛出太陽系才對啊?

關於這個問題,解答如下:

如果不考慮地球引力,從地球軌道的地方出發,要想飛出太陽系,需要具有多大的速度呢?假這個速度是V,那麼可證明,它是地球公轉速度的根號2倍(這道理就跟第二宇宙速度是第一宇宙速度的根號2倍一樣),地球的公轉速度是多少?大約為30千米/秒,那麼可以算出V大約為42千米/秒。

如果我們順著地球公轉的方向發射,由於本身就具有30千米/秒的速度,那麼只需要42-30=12千米/秒的速度就可以了。

但是,還要考慮地球的引力,由於要求掙脫地球引力以後,還要具有12千米/秒的速度,那麼總共需要多大的速度呢?設這個速度(就是第三宇宙速度)為v3,第二宇宙速度那麼v2,那麼:

1/2mv3^2-1/2mv2^2=1/2m(12)^2

解得:v3約為16.5千米/秒,考慮到木星等大行星的引力作用,實際上的第三宇宙速度約為16.7千米/秒。

第三宇宙速度如果不是加上地球本身公轉速度,大約為42千米/秒,而地球只有約30千米/秒,當然飛不出去了。大家明白了嗎?

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