第一宇宙速度(第一宇宙速度_高一理化生_理化生_高中教育_教育专区)

第一宇宙速度 航天术语 第一宇宙速度：7．9 公里／秒在地面上向远处发射炮弹，炮弹速度越高飞行距离越远，当炮弹的速度达到“7.9 千米/秒”时，炮弹不再 落回地面（不考虑大气作用） ，而环绕地球作圆周飞行，这就是第一宇宙速度。 第一宇宙速度也是人造卫星在地面附近绕地球做“匀速圆周运动”所必须具有的速度。 但是随着高度的增 加，地球引力下降，环绕地球飞行所需要的飞行速度也降低，所有航天器都是在距地面很高的大气层外 飞行第一宇宙速度，所以它们的飞行速度都比第一宇宙速度低。 第一宇宙速度的计算公式是： V1＝√gR(m/s)，其中 g＝9.8(m/s2)，R＝6.4× 106（m)。 第二宇宙速度 航天术语 第二宇宙速度－－当物体（航天器）飞行速度达到 11.2 千米/秒时，就可以摆脱地球引力的束缚，飞离 地球进入环绕太阳运行的轨道，不再绕地球运行。这个脱离地球引力的最小速度就是第二宇宙速度。各 种行星探测器的起始飞行速度都高于第二宇宙速度。 第二宇宙速度（V2） 当航天器超过第一宇宙速度 V1 达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为 围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度，亦称逃逸速度。

按照力学理论可以计算出第 二宇宙速度 V2＝11．2 公里／秒。由于月球还未超出地球引力的范围，故从地面发射探月航天器，其 初始速度不小于 10．848 公里／秒即可。 第二宇宙速度的推倒过程： 假设在地球上将一颗质量为 m 的卫星发射到绕太阳运动的轨道需要的最小发射速度为 V； 此时卫星绕太阳运动可认为是不受地球引力，距离地球无穷远； 认为无穷远处是引力势能 0 势面，并且发射速度是最小速度，则卫星刚好可以到达无穷远处。 由动能定理得 1/2*mV^2-GMm/r=0; 解得 V=√(2GM/r) 这个值正好是第一宇宙速度的√2 倍。 第三宇宙速度 航天术语 第三宇宙速度－－从地球起飞的航天器飞行速度达到 16.7 千米/秒时，就可以摆脱太阳引力的束缚，脱 离太阳系进入更广漠的宇宙空间。这个从地球起飞脱离太阳系的最低飞行速度就是第三宇宙速度。 如果想使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或者大于 16.7km/s，即第三宇宙速度。 第三宇宙速度（V3） 从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，就叫做第三宇宙速度。

按照力学理论可以计算出第三宇宙速度 V3＝16．7 公里／秒。需要注意的是， 这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的 V3 值；如果方向不一致，所需速度就要 大于 16．7 公里／秒了。可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素，目前只有火箭才 能突破该宇宙速度。 爱因斯坦相对论 汽车是运动的第一宇宙速度，树木是静止的，这样说大家都能接受，但如果反过来说树木是运动的，汽车是静止的则 会有很多人说你痴人说梦。其实在物理学上这两种说法都是正确的，只是所选的参照系不同而已。这也 是爱因斯坦伟大的相对论创建的基本出发点。 相对论创建的第一个假设是： 所有参照系都遵循相同的物理定律。 无论在地上还是在匀速行驶的汽车上， 用尺子量一个木板或用秒表量一个钟摆晃动 10 个周期的时间，结果都是相同的。但是如果木板或钟摆 在一个以一定速度驶过测量者面前的车上， 重复上面的测量就会得到不同的结果。 这种不同就是由所有 参照系都遵循相同的物理定律造成的。 相对论创建的第二个假设是： 光速在所有参照系中都是恒定的。 刚一听好像和第一条假设说的是同一件 事， 可是仔细想想就会发现其中的奥妙。 第二条假设的意思是无论你坐在飞驰的火车里还是静止的躺椅 中，光速都保持恒定，和你所处的运动状态无关。

原因就在于我们在处理日常物理目标的速度时得到的 都是合速度。 例如你驾驶一辆时速为 25 千米每小时的越野吉普， 一位乘客以相对你 10 千米每小时的速 度用弹弓射击前面的岩石，那么弹珠的实际运动速度就应该是 35 千米每小时。可是如果打开前车灯， 按照常识光速是 334,800,000 千米每小时， 加上车的运动速度， 光的实际速度就应该是 334,800,025 千米 每小时，可实际测量光速还是 334,800,000 千米每小时。为什么同样的参照系光和实际物体得到的结果 不同呢？ 要解释它首先要从速度的定义说起。单位时间内通过的距离叫做速度，即速度是距离被时间除得到的。 长度收缩学说认为一个具有质量的物体在它运动方向上的测量长度是相对缩短的， 达到光速时长度相应 缩短为零。学说成立的基础是测量者和被测量物处于不同的参照系，且只发生在物体运动方向，不会影 响和运动垂直方向的长度。 也就是说当你驾驶一辆速度接近光速的汽车时， 静止的观察者看到的车长远 远小于它的实际车长，而高度方向没有变化。这种情况反过来说，即当你驾驶飞快的汽车通过一个门洞 时， 从你的角度来看这段距离要比实际距离短得多。

这种情况在日常生活中经常被忽略不被注意是因为 物体运动速度都很慢，长度收缩现象不明显。时间和长度一样也会随着参照系的变化而变化，这就是所 谓的时间膨胀。随着运动速度的增加时间会相对变慢，一般情况下都比较微弱不易觉察，达到光速时时 间会完全停止。但是这种现象也只有观察者和时钟不在同一参照系时才能发生，为了证明这一结论，两 个原子钟被调节成完全相同，一个留在地球上，一个放在高速飞行的航天飞机上，当飞机降落时会发现 飞机上的原子钟要比地球上的原子钟慢， 慢的时间和由爱因斯坦相对论推算出来的结果相同。 也就是说 航天飞机上原子钟记录的时间相对地球上静止的原子钟的时间膨胀了。 理解了近光速或等光速运动时的长度和时间的变化， 车头灯光速的问题就不难解释了， 因为光运动和我 们普通运动所涉及的距离和时间不同而已。 相对论还有一个重要的概念就是同时性， 运动状态的不同会使人们观察到物体动作的先后顺序不同， 例 如屋子中有两盏灯，A 站在两盏灯中间，B 以一定速度踩着滑板向一盏灯运动正好到达中间。当两灯同 时打开时 A 看到的现象是两灯同时亮，而 B 看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。