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第一宇宙速度的公式_第一宇宙速度的公式推导

hwazhu7个月前 (11-18)文章推荐24

答案是:第一宇宙速度推导公式:

方法1:重力=向心力(地面附近)

      mg=mv^2/R(R为地球半径)

    所以v=√gR

方法2:万有引力=向心力

      GMm/R^2=mv^2/R

所以v=√GM/R

v×v=gr(v是第一宇宙速度,g是行星表面的重力加速度,r是星球半径)具体请参照高中物理第二册(计算时注意统一单位!)


第一宇宙速度是指物体围绕星球表面运行(必须贴地飞行,因为当高度增加时,物体在标准圆轨道上运行的速度总是低于第一宇宙速度)且星球对物体完全没有支持力时的速度,换句话说,万有引力完全提供向心力.

以下是两种推导第一宇宙速度的方法:


方法一:根据向心力等于万有引力来推导。


设地球质量为 M,卫星质量为 m,卫星到地心的距离为 r(地球半径 R 加上卫星高度 h),第一宇宙速度为 v?。


卫星绕地球做匀速圆周运动,向心力由万有引力提供:


F 向 = F 万 ,即 mv?2/r = GMm/r2,化简可得:v?2 = GM/r,当卫星贴着地球表面飞行时,r = R,所以第一宇宙速度 v? = √(GM/R)。


方法二:从能量角度推导。


卫星在地球表面附近具有的动能为 1/2mv?2,卫星在地球表面附近具有的重力势能为 -GMm/R(取无穷远为势能零点),当卫星刚好能绕地球做圆周运动时,动能与重力势能之和为零,可得:


1/2mv?2 - GMm/R = 0,整理可得 v? = √(2GM/R)。


其中 G 为引力常量。

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