邀遊寰宇是人類自古以來的夢想,但祖先們卻無法離開地面分寸,於是只好用種種美麗的飛天神話和幻想來寄託這種願望。
人為什麼不能離開地面呢?人們一直在思考。或許是缺少一對翅膀?但是,許多勇敢者模仿鳥類用人造翅膀飛行的嘗試都失敗了。理論研究證明,由於生理上的侷限,人類永遠不可能用肌肉的力量在空中支援自身的重量。1686年,牛頓揭開了這團迷霧。他在這年發表的《自然哲學數學原理》一書中指出,任何兩個物體間都有相互吸引力,由此建立了萬有引力定律,即引力的大小跟它們的質量成正比,跟它們之間的距離的平方成反比。由於人與地球的質量相差太懸殊,所以人總是被地球強大的引力所束縛而不能離開地面。
現在問題已經明朗了,要離開地面,就要克服地球引力。但如何才能克服地球引力呢?這就是要使一個物體離開地球,必須沿著地球引力相反的方向(即向上)對它加力,使它作加速運動,當它達到一定速度時停止加力,它就能以慣性一直向前而脫離地球。這個速度可透過地球的質量和物體與地心的距離計算出來。物體在地球表面上(即距離為地球的半徑)飛行時,這個速度為11.2千米/秒,叫做脫離速度或逃逸速度。原來是速度戰勝了引力。
物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力的束縛。在擺脫地球束縛的過程中,在地球引力的作用下它並不是直線飛離地球,而是按拋物線飛行。脫離地球引力以後在太陽引力作用下繞太陽執行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系,物體的運動速度必須達到16.7千米/秒。那時將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。
人類的航天活動,並不是一昧地要逃離地球。特別是當前的應用航天器,需要繞地球飛行,即讓航天器作圓周運動。我們知道,物體作曲線運動時會產生離心力。因此,要讓航天器作圓周運動,必須始終有一個與離心力大小相等、方向相反的力作用在航天器上。在這裡,我們正好可以利用地球的引力。因為地球對物體的引力,正好與物體作曲線運動的離心力方向相反。經過計算,在地面上,物體的運動速度達到7.9千米/秒時,它所產生的離心力,正好與地球對它的引力相等。這個速度被稱為環繞速度。
上述使物體繞地球作圓周運動的速度被稱為第一宇宙速度(7.9千米/秒);擺脫地球引力束縛,飛離地球的速度叫第二宇宙速度(11.2千米/秒);而擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系的速度叫第三宇宙速度(16.7千米/秒)。根據萬有引力定律,兩個物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此,物體離地球中心的距離不同,其環繞速度(第一宇宙速度)和脫離速度(第二宇宙速度)也不同。
邀遊寰宇是人類自古以來的夢想,但祖先們卻無法離開地面分寸,於是只好用種種美麗的飛天神話和幻想來寄託這種願望。
人為什麼不能離開地面呢?人們一直在思考。或許是缺少一對翅膀?但是,許多勇敢者模仿鳥類用人造翅膀飛行的嘗試都失敗了。理論研究證明,由於生理上的侷限,人類永遠不可能用肌肉的力量在空中支援自身的重量。1686年,牛頓揭開了這團迷霧。他在這年發表的《自然哲學數學原理》一書中指出,任何兩個物體間都有相互吸引力,由此建立了萬有引力定律,即引力的大小跟它們的質量成正比,跟它們之間的距離的平方成反比。由於人與地球的質量相差太懸殊,所以人總是被地球強大的引力所束縛而不能離開地面。
現在問題已經明朗了,要離開地面,就要克服地球引力。但如何才能克服地球引力呢?這就是要使一個物體離開地球,必須沿著地球引力相反的方向(即向上)對它加力,使它作加速運動,當它達到一定速度時停止加力,它就能以慣性一直向前而脫離地球。這個速度可透過地球的質量和物體與地心的距離計算出來。物體在地球表面上(即距離為地球的半徑)飛行時,這個速度為11.2千米/秒,叫做脫離速度或逃逸速度。原來是速度戰勝了引力。
物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力的束縛。在擺脫地球束縛的過程中,在地球引力的作用下它並不是直線飛離地球,而是按拋物線飛行。脫離地球引力以後在太陽引力作用下繞太陽執行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系,物體的運動速度必須達到16.7千米/秒。那時將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。
人類的航天活動,並不是一昧地要逃離地球。特別是當前的應用航天器,需要繞地球飛行,即讓航天器作圓周運動。我們知道,物體作曲線運動時會產生離心力。因此,要讓航天器作圓周運動,必須始終有一個與離心力大小相等、方向相反的力作用在航天器上。在這裡,我們正好可以利用地球的引力。因為地球對物體的引力,正好與物體作曲線運動的離心力方向相反。經過計算,在地面上,物體的運動速度達到7.9千米/秒時,它所產生的離心力,正好與地球對它的引力相等。這個速度被稱為環繞速度。
上述使物體繞地球作圓周運動的速度被稱為第一宇宙速度(7.9千米/秒);擺脫地球引力束縛,飛離地球的速度叫第二宇宙速度(11.2千米/秒);而擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系的速度叫第三宇宙速度(16.7千米/秒)。根據萬有引力定律,兩個物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此,物體離地球中心的距離不同,其環繞速度(第一宇宙速度)和脫離速度(第二宇宙速度)也不同。