关于第一宇宙速度,有必要唠嗑一下
虎哥2015/04/24正能量研究 IP:四川
最近看了某论坛的帖子,发现人们对宇宙速度有误解,认为只有达到第一宇宙速度才能飞出地球。虽然航天工程中的确是这样办的,但是如果这样理解就完全错了。中学教科书对于宇宙速度的讲解,巧妙的偷换了概念,让大多数同学根据正确的理论做出了错误的理解。事实上,假设某火箭保持1m/s的速度往地球外面飞,只要时间足够,它总能飞出去,与什么宇宙速度毛关系都没有。

下面来说明为什么干航天需要飞到第一宇宙速度。举个简单的例子,一个垂直起降火箭,如果悬停在空中,发动机需克服火箭的全部重力(假设是在地面附近)。此火箭发动机工作1小时,消耗100吨燃料,仍然保持在原地,不能飞出地球。这种燃料的消耗将比直升飞机大得多,实际上用现在比冲最高的化学发动机,做出一个假设质量不变,但是满载燃料的火箭,最多克服地球引力大概7分钟。如果我们把推力加大到7倍,但是只工作1分钟,火箭能达到多快速度呢?大于3.6公里/秒(大于是因为随着燃料消耗,火箭实际上变轻了),如果加大到14倍,但只工作30秒呢?大于3.9公里/秒。准确的计算要用微积分,如果同学们有兴趣,可以推导一下单级火箭的理论最大速度,先假设这个火箭的比冲300秒,死重趋近于零。再看看这个推导与齐奥尔科夫斯基公式有啥关系?


用不严谨但通俗的话说,由于燃料是有限的,不可能保持1m/s的速度无限长时间,所以为了飞出地球,只能用速度换取向心加速度,产生所谓“离心力”,以便克服引力,这样才会有一二三宇宙速度的运用。如果不考虑空气阻力和发动机效率的变化,越快达到高速就越省燃料,因为克服重力的燃料是白白浪费掉的,占的比例越少当然越好。

另外,并不是达到了宇宙速度就一定能飞出星球。如果方向始终背离星球,不能换取一丁点“离心力”,那么一旦失去动力,就会被引力减速,直到垂直速度变为零,然后开始反方向加速,最后掉回星球上面。引力会随着距离的增加而降低,如果火箭的速度并不垂直于星球表面,还能换取一点向心加速度,以至于当垂直速度减速至零时,向心加速度刚好与引力平衡,这个火箭就会以较低的速度围绕星球旋转。

速度比第一宇宙速度快的陨石多了去了,不一样的撞上地球了吗。

通俗的讲就是这样吧。

[修改于 5年0个月前 - 2019/03/27 11:15:59]

来自:数理化 / 物理
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~~空空如也
虎哥 作者
9年0个月前 IP:四川
764841
引用 金星凌日:
这一段不严谨。只要达到了第二宇宙速度,即使运动方向与引力方向反平行,并且不再有动力,也可以飞到任意远处。
是的。第二宇宙速度实际上就是物体从无限远处由静止状态,经过引力加速,最后掉落到星球上,能达到的最高速度。反过来,如果物体以超过第二宇宙速度的速度从星球上出发,那么不论飞行多远距离,星球的引力都不足以将其背离星球的速度减速到零。
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