| 词条 | 逃逸速度 |
| 释义 | § 概述 逃逸速度 假设站在一个星球的表面。垂直向上射出一个火箭，假设没有射的太用力，它将上升一会，不过，因为星球引力产生的加速度将最终使它开始向下掉。如果用足够的力量射出火箭，将可以使它完全逃脱星球的引力。它将永远 保持上升。需要使火箭刚刚好逃脱星球的引力时的速度叫“逃逸速度”。正如所想的，逃逸速度取决与星球的质量：如果一个星球的质量极其的大，这样它的引力就十分的强，逃逸速度就很高。 一个较轻的星球将会有较小的逃逸速度。逃逸速度还取决于离星球的中心有多远：靠的越近，逃逸速度越大。地球的逃逸速度是11.2公里/秒，太阳的逃逸速度大约为每秒一百英里。如果一个天体的质量与表面引力竟有如此之大,逃逸速度达到了光速,该天体就是黑洞。黑洞的逃逸速度达30万千米/秒。一般认为宇宙没有边界，说宇宙中的物质逃离到别的地方去这样的问题没有意义。因此，说宇宙的逃逸速度也似乎没有意义。 逃逸速度-太阳系不过，宇宙正在膨胀，即星系都在向远处运动（相互远离），这就存在这样一个问题：如果宇宙的膨胀速度足够大，星系就会克服宇宙的总引力而永远膨胀下去。这就好像星系在逃离一样。这里，膨胀速度也就等同逃离速度了。当然，如果膨胀速度不够大，膨胀终将停止，宇宙的总引力将会使星系相互靠近，就像飞离地球的物体再掉回来一样。 因此，这样来理解宇宙的逃逸速度，就成了一个很有意义的问题。宇宙是永远膨胀还是转而收缩，取决于膨胀速度和总引力的大小。由于膨胀速度可以测定，因而就取决于宇宙的总引力，实际上就是宇宙到底有多重。 § 决定因素 逃逸速度逃逸速度取决与星球的质量。如果一个星球的质量大，其引力就强，逃逸速度值就高。反之一个较轻的星球将会 有较小的逃逸速度。逃逸速度还取决于物体与星球中心的距离。距离越近，逃逸速度越大。地球的逃逸速度是11.2公里/秒，太阳的逃逸速度大约为每秒一百英里。如果一个天体的质量与表面引力很大，使得逃逸速度达到了光速，该天体就是黑洞。 从物理学界的普遍看法来讲，宇宙源于一个奇点——也就是黑洞。而黑洞则是连光速运动的物体也无法逃脱的。光速是连续运动的速度极限，任何作连续运动的物体都无法超越光速。所以，宇宙是不存在逃逸速度的。某星体的逃逸速度是逃脱该星体引力束缚的最低速度。黑洞具有逃逸速度并不代表可以逃脱引力范围（因为引力范围无限）。逃逸速度只是数学上的一个计算极限。 逃脱引力束缚并不代表不受引力，它只代表物体不会再因为引力而无法到达更远的地方。引力是一个长程单向力，无论距离引力源多远，引力都不会消失。只是因为在距引力源足够远时，引力影响变得极弱，足以忽略不计。所以说，引力并没有所谓的范围，它无时无刻都在。 综上，逃逸速度的计算与距引力源的距离无关，只与引力源的质量大小有关。 § 计算方法 天体逃逸速度 一个质量为m的物体具有速度v，则它具有的动能为mv^2/2。假设无穷远地方的引力势能为零（应为物体距离地球无穷远时，物体受到的引力势能为零，所以这个假设是合理的），则距离地球距离为r的物体的势能为-mar(a为该点物体的重力加速度，负号表示物体的势能比无穷远点的势能小）。又因为地球对物体的引力可视为物体的重量，所以有 GmM/r^2=ma 即a=(GM)/r^2. 所以物体的势能又可写为-GmM/r，其中M为地球质量。设物体在地面的速度为V，地球半径为R，则根据能量守恒定律可知，在地球表面物体动能与势能之和等于在r处的动能与势能之和，即 mV^2/2+(-GMm/R)=mv^2/2+(-GmM/r)。宇宙逃逸速度 当物体摆脱地球引力时，r可看作无穷大，引力势能为零，则上式变为 mV^2/2-GmM/R=mv^2/2. 显然，当v等于零时，所需的脱离速度V最小，即 V=2GM/R开根号， 又因为 GMm/R^2=mg, 所以 V=2gR开根号， 其中g为地球表面的重力加速度，其值为9.8牛顿/千克。地球半径R约为6370千米，从而最终得到地球的脱离速度为11.17千米。脱离速度公式也同样适用于其他天体。 § 宇宙速度 宇宙速度是物体从地球出发，在天体的重力中运动，四个较有代表性的初始速度的统称。航天器按其任务的不同，需要达到这四个宇宙速度的其中一个。 第一宇宙速度 宇宙速度人类的航天活动，并不是一味地要逃离地球。特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。要作圆周运动，必须始终有一个力作用在航天器上。其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径，即F=mv2/R，其中v2/R是物体作圆周运动的向心加速度。在这里，正好可以利用地球的引力，在合适的轨道半径和速度下，地球对物体的引力，正好等於物体作圆周运动的向心力。第一宇宙速度又称环绕速度，计算公式是：22441110 或者：22441110 实际上，地球表面存在稠密的大气层，航天器不可能贴近地球表面作圆周运动，必需在150千米的飞行高度上，才能绕地球作圆周运动。在此高度下的环绕速度为7.8千米／秒。 第二宇宙速度 第二宇宙速度第二宇宙速度又称为脱离速度，指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球的所需要的最小初始速度。22441110 同样，由於地球表面稠密的大气层，航天器难以这样高的初始速度起飞，实际上，航天器是先离开大气层，再加速完成脱离的（例如先抵达近地轨道，再在该轨道加速）。在这高度下，航天器的脱离速度较小，约为11.9千米/秒。 第三宇宙速度 第三宇宙速度又称为逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。本来，在地球轨道上，要脱离太阳引力所需的初始速度为42.1千米／秒，但地球绕太阳公转时令地面所有物体已具有29.8千米／秒的初始速度，故此若沿地球公转方向发射，只需在脱离地球引力以外额外再加上12.3千米／秒的速度。即物体所需的总动能为:22441110 第四宇宙速度 第四宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度。但由於人们尚未知道银河系的准确大小与质量，因此只能粗略估算，其数值在110~120千米／秒之间。而实际上，仍然没有航天器能够达到这个速度。 宇宙速度的概念也可应用于在其他天体发射航天器的情况。例如计算火星的环绕速度和逃逸速度，只需要把公式中的M,R,g换成火星的质量、半径、表面重力加速度即可。 § 相关条目 提丢斯-波得定则 土卫六 土星卫星 黑洞效应 宇宙年龄 宇宙速度 宇宙 速度 女宿 狮子座 疏散星团 太阳星云 § 参考资料 http://www.skylook.org/info/info/info_1123.html http://scitech.people.com.cn/GB/6386286.html http://www.mlxx.net/science/kjkx/k1023305.htm 《寻找中国的爱因斯坦》木子/编著 |
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