為什麼發射火箭進入太空必須發到大約8千公尺每秒的速度?

時間 2021-06-06 04:35:49

1樓:

可以飛出地球,但能不能逃離引力只看是不是達到當地的逃逸速度,即當地的第二宇宙速度。

說下什麼叫逃離地球引力:不是說衛星不受引力作用了,而是在無外力作用的情況下引力無法把衛星拉回地球,使衛星圍著地球繞圈圈。

這個要從能量的角度解釋,當衛星無動力處於太空的時候,它的機械能分為兩塊,一塊是動能,另一塊是引力勢能。因為沿重力方向運動的時候引力做功,所以通常取無窮遠處引力勢能為零,所以,引力勢能總是負的,當把乙個物體從引力場內移到無窮遠處,引力勢能會從乙個負值逐漸增加到0。

當衛星在地面發射的時候,衛星的動能為零,勢能為負,總能為負。隨著火箭的不斷加速,衛星的動能逐漸增加,勢能也逐漸增加,忽略其他因素,二者增量之和等於火箭對衛星做的功。

那什麼情況下可以算作逃離地球引力了呢?當衛星的動能和勢能相加大於de0的時候。這個時候衛星的速度會達到並超過第二宇宙速度,11.2km/s。

我知道你沒看明白,下面我來說下書裡面通常不會強調的事情:那就是第一宇宙速度和第二宇宙速度都是乙個和位置有關的值,我們通常說的7.9km/s,11.

2km/s,都是針對地表來說的。

7.9km/s,這是指,在地球表面,衛星不碰地沿圓軌道環繞地球飛行的速度,這個速度精確地等於7.9km/s,如果小於這個數值,會掉到地上;如果大於這個數值,會無法沿圓軌道飛行,軌道會進化成乙個橢圓,同時,這個軌道的近地點(同時也是整個軌道速度的最高點)將在地面。

如果速度繼續提高,這個橢圓的形狀將越來越扁,但近地點會維持在地面上(假設速度變化是瞬間發生在近地點上)。

當近地點的速度達到11.2km/s的時候,軌道會從橢圓進一步進化為一根拋物線。這時,衛星的動能剛剛好等於引力勢能。

由於拋物線軌道是一去不回的,於是衛星將朝著無窮遠處飛行,同時速度會越來越低,當達到無窮遠處,衛星的速度將精確地降到0。

然而這不可能發生,因為實際上不可能達到這麼臨界的狀態,於是我們通常會得到一顆總能大於0的衛星,這顆衛星的軌跡將從拋物線最終進化為雙曲線,當衛星沿雙曲線軌道飛到無窮遠的時候,速度將不會降到0。這裡引申的乙個結論就是:如果乙個物體在進入某個天體的引力作用範圍的時候有速度,那麼除非一頭撞上,不然這個天體是無法捕獲這個物體的,所以我們登月,在到達月球的時候必須減速,不然就會和月球擦身而過。

為什麼我一直強調地表?因為如果在1000km的高度圍著地球沿圓軌道轉,實際上衛星的速度並沒有達到7.9km/s,這和第一宇宙速度的定義是不矛盾的。

前面說了,第一宇宙速度是個跟地點有關的量,在離地1000km的軌道上,第一宇宙速度會降到7.3km/s左右。然而不要忘了,離地1000km的地方勢能會比地表高,如果維持能量不變,將1000km軌道的衛星移動到地表,那麼,它的速度,一定會超過7.

9km/s(大約8.4km/s)。這就是為什麼說7.

9km/s是發射一顆衛星所需要的最小速度。

所以,如果保持恆定速度豎直朝上飛,火箭的動能維持不變,勢能不斷減小,當二者之和大於零的時候,也就是當地的逃逸速度降低到火箭的速度的時候,就算火箭熄火,地球也拉不回火箭了;反之,如果僅僅是維持動力,以乙個極其微小近乎於零的速度挪動的話,就算跑再遠,火箭的總能也無法大於0,一旦熄火,終究會被拉回地球。

2樓:易風悠遊

可以,第一宇宙速度可以理解為在地面無動力,僅憑慣性進入圓周軌道的最小速度。題主所說的實際上是和太空電梯差不多,用不高的速度持續做功,將載荷送入軌道。

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