Найти в Дзене

Физика, 9 класс. Первая космическая скорость.

Первой космической скоростью назывется скорость, при которой тело (материальная точка) останется на круговой орбите вокруг планеты (небесного тела) сколь угодно долго. Расчет первой космической скорости связывает две темы школьной физики - "движение по окружности" и "гравитацию". На рисунке выше мы видим, что, если стрелять из пушки с определенной высоты над Землей, то траектория снаряда представляет из себя параболу. Если же начальная скорость будет все больше и больше, то снарад падает все дальше и дальше, и "добавка" дальности отчасти получается благодаря кривизне земного шара. При определенной скорости снаряд уже не упадет на Землю, а продолжит летать по окружности. Именно эту скорость и называют первой космической. Для каждой высоты (или радиуса от центра планеты) она своя. Давайте вспомним движение по окружности. Центростремительное ускорение прямо пропорционально квадрату скорости (тангенциальной скорости) и обратно пропорционально радиусу. А, согласно 2-му закону Ньютона, сил
  • Уроки физики. Просто о сложном.

Первой космической скоростью назывется скорость, при которой тело (материальная точка) останется на круговой орбите вокруг планеты (небесного тела) сколь угодно долго.

Расчет первой космической скорости связывает две темы школьной физики - "движение по окружности" и "гравитацию". На рисунке выше мы видим, что, если стрелять из пушки с определенной высоты над Землей, то траектория снаряда представляет из себя параболу. Если же начальная скорость будет все больше и больше, то снарад падает все дальше и дальше, и "добавка" дальности отчасти получается благодаря кривизне земного шара. При определенной скорости снаряд уже не упадет на Землю, а продолжит летать по окружности. Именно эту скорость и называют первой космической. Для каждой высоты (или радиуса от центра планеты) она своя.

Давайте вспомним движение по окружности. Центростремительное ускорение прямо пропорционально квадрату скорости (тангенциальной скорости) и обратно пропорционально радиусу. А, согласно 2-му закону Ньютона, сила - это произведение массы на ускорение:

-2

Если мы вращаем камень на веревочке, то роль центростремительной силы играет сила натяжения веревки. А если по орбите вращается спутник, то какая сила является центростремительной? Правильно, сила гравитационного притяжения! Вывел формулу и определил коэффициент G с достаточно большой точностью именно Ньютон.

-3

Ну, а поскольку центростремительная сила и гравитационная сила - это в данном случае одно и тоже, то мы легко можем вывести отсюда и первую космическую скорость:

-4

Это и есть первая космическая скорость.

Во второй версии формулы, там, где корень из (gR), важно помнить, что ускорение свободного падения (или по-другому "напряженность гравитационного поля") для каждого радиуса орбиты будет своя, и его нельзя принимать просто таким же, как и у поверхности Земли.

Гравитационная постоянная G = 6,7*10^(-11) Н*м.кв/кг.кв.

Взяв из справочников массу Земли и радиус, можем рассчитать, что первая космическая скорость у поверхности Земли была бы равна приблизительно 7900 м/с или 7,9 км/секунду. На низких опорных орбитах эта скорость несколько меньше, а на высоте МКС (около 410 - 420 км) еще меньше, примерно 7,7 км/секунду.

-5

На этом пока всё.

  • Поделитесь, пожалуйста, достаточно ли понятен вывод этой скорости?
  • Что бы с вашей точки зрения было интересно добавить в эту статью?
  • Что еще интересно разобрать с физической точки зрения?

Пишите, пожалуйста, в комментариях.

И до встречи в новых заметках и статьях!

-6

#физика в школе #космическая скорость #первая космическая #небесная механика #гравитация #движение спутников планет