Космічна швидкість
Будь-який предмет, будучи підкинутим вгору, рано чи пізно виявляється на земній поверхні, будь то камінь, аркуш паперу або просте пір`їнка. У той же час, супутник, запущений в космос півстоліття тому, космічна станція або Місяць продовжують обертатися по своїх орбітах, немов на них зовсім не діє сила тяжіння нашої планети. Чому так відбувається? Чому Місяці не загрожує впасти на Землю, а Земля не рухається назустріч до Сонця? Невже на них не діє всесвітнє тяжіння?
Відео: Лекція 3.1 | Перша космічна швидкість | Олександр Чірцов | Лекторіум
Зі шкільного курсу фізики ми знає, що всесвітнє тяжіння впливає на будь-яке матеріальне тіло. Тоді логічно буде припустити, що є якась сила, що нейтралізує дію гравітації. Цю силу прийнято називати відцентрової. Її дія легко відчути прив`язавши на один кінець нитки невеликий вантаж і розкрутивши його по колу. При цьому чим більше швидкість обертання тим сильніше натяг нитки, а чим повільніше обертаємо ми вантаж тим більша ймовірність, що він впаде вниз.
Таким чином ми впритул наблизилися до поняття «космічна швидкість». У двох словах її можна описати як швидкість, що дозволяє будь-якому об`єкту подолати тяжіння небесного тіла. В якості небесного тіла може виступати планета, її супутник, Сонячна або інша система. Космічна швидкість є у кожного об`єкта, який рухається по орбіті. До слова сказати, розмір і форма орбіти космічного об`єкта залежать від величини і напряму швидкості, яку даний об`єкт отримав на момент виключення двигунів, і висоти, на якій сталася ця подія.
Космічна швидкість буває чотирьох видів. Найменша з них - це перша. Це найменша швидкість, яка повинна бути у космічного апарату, щоб він вийшов на кругову орбіту. Її значення можна визначити за такою формулою:
Відео: Перша космічна швидкість
V1 =&radic-µ- / r, де
µ- - геоцентрична гравітаційна постійна (µ- = 398603 * 10 (9) м3 / с2);
r - відстань від точки запуску до центру Землі.
Через те, що форма нашої планети не є ідеальним кулею (на полюсах вона як би трохи стисла), то відстань від центру до поверхні найбільше на екваторі - 6378,1 • 10 (3) м, а найменше на полюсах - +6356,8 • 10 (3) м. Якщо взяти середню величину - 6371 • 10 (3) м, то отримаємо V1 дорівнює 7,91 км / с.
Відео: KSP Physics, Серія # 11 - Четверта космічна швидкість.
Чим більше космічна швидкість буде перевищувати цю величину, тим більше витягнуту форму набуватиме орбіта, віддаляючись від Землі на все більшу відстань. У якийсь момент ця орбіта розірветься, прийме форму параболи, і космічний апарат відправиться борознити космічні простори. Для того щоб залишити планету, у корабля повинна бути друга космічна швидкість. Її можна розрахувати за формулою V2 =&radic-2µ- / r. Для нашої планети ця величина дорівнює 11,2 км / с.
Астрономи давно вже визначили, чому дорівнює космічна швидкість, як перша, так і друга, для кожної планети нашої рідної системи. Їх нескладно розрахувати за вищенаведеними формулами, якщо замінити константу µ- на твір fM, в якому M - маса цікавить небесного тіла, а f - постійна тяжіння (f = 6,673 х 10 (-11) м3 / (кг х с2).
Відео: Лекція 3.4 | Третя, четверта та п`ята космічні швидкості | Олександр Чірцов | Лекторіум
Третя космічна швидкість дозволить кожному космічному кораблю подолати тяжіння Сонця і покинути рідну Сонячну систему. Якщо розраховувати її відносно Сонця, то вийде значення 42,1 км / с. А для того щоб з Землі вийти на околосолнечную орбіту, знадобиться розігнатися до 16,6 км / с.
Ну і, нарешті, четверта за рахунком космічна швидкість. З її допомогою можна подолати тяжіння безпосередньо самої галактики. Її величина варіюється в залежності від координат галактики. Для нашого Чумацького Шляху ця величина складає приблизно 550 км / с (якщо розраховувати щодо Сонця).
