淺析宇宙速度

一、宇宙速度（v1、v2、v3）的含義
在地面附近將物體以一定的速度水平拋射后：
1.若拋射的速度比較小，物體（包括炮彈）將沿拋物線回到地面，此時物體的運動屬于勻變速運動。
2.若拋射的速度比較大，物體（洲際導彈）仍將沿曲線回到地面，但此時物體的運動不屬于勻變速運動，因為運動過程中加速度的方向發(fā)生了改變。
3.當速度達到一定程度即第一宇宙速度v1時，物體將不再落回地面，它將繞地球運動，成為一顆人造地球衛(wèi)星。
4.若拋射的速度繼續(xù)增大，當達到第二宇宙速度v2時，物體就會克服地球的引力，永遠離開地球而成為太陽系內的一顆人造行星或飛到其他行星上。
5.如果速度繼續(xù)增大到第三宇宙速度v3，物體甚至能擺脫太陽的強大引力，到其他恒星世界去旅行。
綜上所述，宇宙速度就是特殊的發(fā)射速度，第一、第二、第三宇宙速度就是分別成功發(fā)射人造衛(wèi)星、人造行星和恒星際宇宙飛船的臨界發(fā)射速度。
二、宇宙速度（v1、v2、v3）的計算
1.關于v1
第一宇宙速度v1，即人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球表面做勻速圓周運動的速度，由于近地衛(wèi)星均在100km左右的高空飛行，與地球半徑R=6400km相比可忽略不計，完全可以說是在“地面附近”飛行，于是用地球半徑代表
近地衛(wèi)星到地心的距離，用R表示地球半徑，M表示地球的質量，m表示衛(wèi)星的質量，地球對衛(wèi)星的引力或曰重力提供近地衛(wèi)星環(huán)繞地球的向心力，根據這兩種說法有下列兩種解法：
解法一：根據地球對衛(wèi)星的引力提供近地衛(wèi)星環(huán)繞地球的向心力，由牛頓第二定律有：GMmR2=Mv21R
，于是解得v1=GMR=6.67×10-11×5.98×10246400×103
m/s≈7.9km/s。
解法二：地球對衛(wèi)星的重力提供近地衛(wèi)星環(huán)繞地球的向心力，由牛頓第二定律有：
mg=mv21R，于是解得v1=gR＝9.8×6400×103m/s≈7.9km/s。