Космические скорости и их влияние на перемещения объектов в вакууме

• Понятие первой космической скорости.
• Понятие второй космической скорости.
• Понятие третьей космической скорости.
• Понятие первой космической скорости.

Понятие первой космической скорости.

Для определения качество условий, при которых тела могут становиться спутниками планеты, в частности Земли, надо представить рисунок, который сделал один из выдающихся физиков Исаак Ньютон. На нем можно увидеть изображение шара Земли, на шаре располагается гора, с ее вершины кто-то бросает камень горизонтально и вертикально. Камни не могут совершить прямолинейный путь и пролететь по строгой траектории, так как существует действие силы тяжести. Именно она будет способствовать тому, что камень пролетит по кривой, а в конце притянется к земле. В случае, если скорость камня достаточно высока, он может пролететь расстояние большее, чем камень, скорость которого ниже.

Если сопротивление воздуха отсутствует, а скорость достаточно высока, то тело может совсем не коснуться Земли, оно начет летать по круговым траекториям, его расстояние до Земли не будет сокращаться.

Спутник Земли должен постоянно двигаться вокруг нее и не падать, причем радиус орбиты спутника должен быть таким же, как и у радиуса орбиты Земли. Скорость тела должна быть достаточно высокой, ее можно будет подсчитать как равенство произведения массы тела на ускорение силы тяжести, действующей на тело.

Определение 1.
Чтобы телу стать спутником Земли, ему нужна определенная скорость, ее принято называть науке первой космической скоростью.

Понятие второй космической скорости.

Определение 2
Если тело будет обладать такой скоростью, оно не упадет на Землю никогда. Этой скорости хватит для того, чтобы тело могло совершить выход из сферы, где действует сила притяжения. Оно удалится на такое расстояние от Земли, что Земля перестанет притягивать его. Скорость, которая необходима, чтобы такое условие было соблюдено называется вторая космическая скорость.

Для правильного определения второй космической скорости в первую очередь рассчитывают работу, которая характеризует действия противоположные притяжению Земли. Тогда тело покинет поверхность Земли на бесконечное расстояние.

Работа A, которую нужно совершить против сил земного притяжения, равна работе A?, взятой с обратным знаком.

Если не учитывать различия, которые существуют между силой тяжести mg и силой гравитационного притяжения тела к Земле, можно сделать вывод о работе. Работа, которую совершает тело, которое покидает Землю, оно совершает благодаря запасу собственной кинетической энергии. Для сохранения этого запаса, скорость должна быть не меньше первой космической.

Скорость v2 и есть вторая космическая скорость. Из сравнения видно, что вторая космическая скорость в 2 раз больше первой. Умножив 8 км/с на 2, получим для v2 значение, приблизительно равное 11 км/с.

Замечание 1
Следует уточнить, что величина скорости не связана с направлением, которое задается телу при его запуске. Но от него зависит то, какой вид будет иметь траектория полета тела до его приземления на поверхность, а так же удаляется от нее.

Понятие третьей космической скорости.

Определение 3.
Покидая пределы Солнечной системы, тело преодолевает силы притяжения к Земле и силы, которые притягивают к Солнцу данное тело. Скорость, которая необходима для отправления тела с поверхности Земли, имеет название третья космическая скорость и обозначается v3.

Данная скорость имеет связь с направлением запуска. Если запуск осуществляется в направлении движения Земли по орбите, то данная скорость не ниже семнадцати километров в секунду. Данная скорость получается путем сложения скорости, с которой оно движется по отношению к Солнцу и скорости Земли, с которой она вращается вокруг Солнца.

Если осуществить запуск в направление, которое противоположно движению Земли, то скорость составит семьдесят три километра в секунду.

Замечание 2
Космические скорости были набраны космонавтами Советского Союза. В тысяча девятьсот пятьдесят седьмом году был осуществлен запуск искусственного спутника Земли. Этот случай был первым в истории всего человечества.

Уже через два года после названных событий осуществился запуск космической ракеты. Она смогла покинуть пределы, где действует притяжение Земли. Она стала первой в Солнечной системе.

Легендарное событие, которое открыло человеку дорогу в космос, произошло 12 апреля 1961 г. Советский космонавт Юрий Гагарин осуществил полет в космос. Он был первым человеком в истории, кто смог сделать такой шаг. Он облетел Землю вокруг и сумел совершить посадку.

Пример 1.
Определите первую космическую скорость для спутника Юпитера, летающего на небольшой высоте, если масса планеты 1,9?1027 кг, а радиус R=7,13?107 м. Дано: B=1,9?1027 кг, R=7,13?107 м. Найти: первую космическую скорость.
Решение: Здесь понадобится формула для расчета первой космической скорости, которая была определена ранее.
g - ускорение свободного падения на Юпитере.
Здесь стоить обратиться к формуле Всемирного тяготения, где m- масса спутника, M - масса Юпитера.
Если высота спутника над поверхностью Юпитера мала по сравнению с его радиусом, то ее можно пренебречь. Тогда из полученного уравнения не составит труда определить ускорение свободного падения для Юпитера.
Далее просто останется подставить все данные, чтобы выразить ускорение. Получится первая космическая скорость, равная 42159,45 метрам в секунду.
Ответ: v1=42159,45 м/с.