Что такое первая и вторая космические скорости?

Третий закон Кеплера

Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Согласно третьему закону Кеплера, между периодом обращения планет вокруг Солнца и средним расстоянием от Солнца до планеты или спутника устанавливается связь. Этот закон выполняется как для планет, так и для спутников с погрешно­стью менее 1%.

Третий закон Кеплера

T₁ и T₂ — периоды обращения двух планет

a₁ и a₂ — большие полуоси орбит планет

На основании этого закона можно вычис­лить продолжительность года (времени полного оборота вокруг Солнца) любой планеты, если известно ее расстояние до Солнца.

Также можно проделать обратное — рассчитать орбиту, зная период обращения.

Что такое первая и вторая космические скорости?

Мы – земляне – привыкли, что твердо стоим на земле и никуда не улетаем, а если подкинем какой-нибудь предмет в воздух, то он обязательно упадет на поверхность. Всему виной создаваемое нашей планетой гравитационное поле, которое искривляет пространство-время и заставляет брошенное в сторону, например, яблоко лететь по искривленной траектории и пересечься с Землей.

Гравитационное поле создает вокруг себя любой объект, и у Земли, обладающей внушительной массой, это поле довольно сильно. Именно поэтому строятся мощные многоступенчатые космические ракеты, способные разгонять космические корабли до больших скоростей, которые нужны для преодоления гравитации планеты. Значение этих скоростей и получили названия первая и вторая космические скорости.

Понятие первой космической скорости очень простое – это скорость, которую необходимо придать физическому объекту, чтобы он, двигаясь параллельно космическому телу, не смог на него упасть, но в то же время оставался бы на постоянной орбите.

Формула нахождения первой космической скорости не отличается сложностью:где V – первая космическая скорость; G – гравитационная постоянная; M – масса объекта; R – радиус объекта;

Попробуйте подставить в формулу необходимые значения (G – гравитационная постоянная всегда равна 6,67; масса Земли равна 5,97·10 24 кг, а её радиус 6371 км) и найти первую космическую скорость нашей планеты.

В результате мы получим скорость, равную 7,9 км/с. Но почему, двигаясь именно с такой скоростью, космический аппарат не будет падать на Землю или улетать в космическое пространство? Улетать в космос он не будет из-за того, что данная скорость пока еще слишком мала, чтобы преодолеть гравитационное поле, а вот на Землю он как раз и будет падать. Но только из-за высокой скорости он все время будет «уходить» от столкновения с Землей, продолжая в то же время свое «падение» по круговой орбите, вызванной искривлением пространства.

Спутник, двигаясь вокруг Земли с первой космической скорость, остается на стабильной орбите

Это интересно: по такому же принципу «работает» и Международная Космическая Станция. Находящиеся на ней космонавты все время проводят в постоянном и непрекращающемся падении, которое не заканчивается трагически вследствие высокой скорости самой станции, из-за чего та стабильно «промахивается» мимо Земли. Значение скорости рассчитывается исходя из высоты орбиты, на которой летает станция.

Но что делать, если мы захотим, чтобы космический аппарат покинул пределы нашей планеты и не был зависим от ее гравитационного поля? Разогнать его до второй космической скорости! Итак, вторая космическая скорость – это минимальная скорость, которую необходимо придать физическому объекту, чтобы он преодолел гравитационное притяжение небесного тела и покинул его замкнутую орбиту.

Значение второй космической скорости тоже, зависит от массы и радиуса небесного тела, поэтому для каждого объекта она будет своей. Например, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли, космическому аппарату необходимо набрать минимальную скорость 11.2 км/с, Юпитера — 61 км/с, Солнца — 617,7 км/с.

Космический аппарат, разогнанный до второй космической скорости, преодолевает гравитационное поле и покидает замкнутую орбиту тела

Вторую космическую скорость(V2) можно рассчитать, используя следующую формулу:

где V – первая космическая скорость; G – гравитационная постоянная; M – масса объекта; R – радиус объекта;

Но если известна первая космическая скорость исследуемого объекта (V1), то задача облегчается в разы, и вторая космическая скорость (V2) быстро находится по формуле:

Это интересно: вторая космическая формула черной дыры больше 299 792 км/c, то есть больше скорости света. Именно поэтому ничто, даже свет не может вырваться за ее пределы.

Помимо первой и второй комических скоростей существуют третья и четвертая, достичь которых нужно для того, чтобы выйти за пределы нашей Солнечной системы и галактики соответственно.

Иллюстрация: bigstockphoto | 3DSculptor

Постреляем

Высадимся на идеально шарообразную планету без атмосферы. Поставим там пушку с горизонтальным стволом и будем из неё стрелять, постепенно увеличивая заряд.

Сначала снаряд будет падать на поверхность планеты совсем близко (А), потом дальность полёта увеличится (В) и, наконец, снаряд совершит полный оборот, продолжая лететь на постоянной высоте (С). Скорость полёта в этом случае и есть первая космическая.

Продолжим увеличивать скорость снаряда. Траектория вытягивается, превращаясь в эллипс (D), а с какого-то значения скорости «разрывается» (Е), и снаряд улетает в бесконечность. Скорость полёта в этом случае и есть вторая космическая.

Классическая теория тяготения Ньютона

Английский физик Исаак Ньютон рассказывал, что идея о всемирном тяготении пришла ему в голову на прогулке. Он шел по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел Луну в дневном небе, а затем — как с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон к тому моменту уже работал над законами движения и понимал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Он также знал, что Луна не занимает статичную позицию в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, то есть, на нее воздействует какая-то сила, которая не дает спутнику улететь в космос. Физик понял, что, возможно, на яблоко и Луну действует одна и та же сила.

Предшественники Ньютона рассуждали иначе. Итальянский физик Галилео Галилей считал, что на Земле действует природное притяжение. Немецкий астроном Иоганн Кеплер полагал, что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, чем на Земле. Ньютон же объединил эти два типа гравитации в своем сознании.

Закон всемирного тяготения Ньютона, сформулированный им в 1687 году, гласит, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Он выражен математическим уравнением: если M и m — массы двух тел, а r — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна F = GMm/r², где G — гравитационная постоянная, равная силе, с которой действуют друг на друга тела с массами в 1 кг каждое, находясь на расстоянии в 1 метр друг от друга. Уравнение гласит, что сила (F) пропорциональна массам двух объектов, разделенным на квадрат расстояния между ними. Из него следует, что чем массивнее объекты, тем больше сила притяжения между ними, но чем дальше они друг от друга, тем слабее притяжение.

Закон гравитации Ньютона

(Фото: praxilabs.com)

Действие закона распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. Сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. На каждого человека действует сила земного притяжения, которая ощущается как вес.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что не только Земля притягивает яблоко, но и яблоко притягивает Землю. Но огромная масса Земли означает, что требуется гораздо больше силы, чтобы сдвинуть ее на ощутимую величину, поэтому яблоко падает, а Земля остается практически неподвижной. То же самое верно и в более широком контексте. Каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект, и чем он ближе и массивнее, тем больше его гравитационная сила.

По Ньютону, сила притяжения действует на любых расстояниях и мгновенно. Однако самая большая скорость в мире — скорость света, а для преодоления больших расстояний свету нужно не мгновение, а несколько секунд и иногда даже лет.

Второй закон Кеплера (закон площадей)

Радиус-вектор планеты описывает в равные промежутки времени равные площади.

Каждая планета перемещается в плоскости, проходящей через центр Солнца. В одно и то же время радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади. Таким образом, тела движутся вокруг Солнца неравномерно: в перигелии они имеют максимальную скорость, а в афелии — минимальную.

На практике это можно заметить по движению Земли. Ежегодно в начале января наша планета проходит через перигелий и перемещается быстрее. Из-за этого движение Солнца по эклиптике также происходит быстрее, чем в другое время года. В начале июля Земля движется через афелий, из-за чего Солнце по эклиптике перемещается медленнее. Поэтому световой день летом длиннее, чем зимой.

Конические сечения

Вернёмся к движению тела вокруг одного источника притяжения, например Солнца. Если тело запустить с первой космической перпендикулярно направлению на Солнце, оно полетит по окружности. Если запустить его в любом направлении, только не на само Солнце, со скоростью меньше второй космической, орбита будет эллипсом. При запуске со второй космической получится парабола. Если запустить с ещё большей скоростью, получится гипербола.

Эти кривые можно увидеть, пересекая конус плоскостью. Если ось конуса перпендикулярна плоскости, в пересечении получится окружность. Будем постепенно менять угол наклона плоскости к оси конуса. Линия пересечения превращается в эллипс, причём чем больше угол наклона, тем более вытянутым получается этот эллипс. Продолжим наклонять секущую плоскость до тех пор, пока она не станет параллельной одной из касательных плоскостей конуса. В этот момент линия пересечения — парабола. Наклоним ещё — получится гипербола.

Художник Мария Усеинова

1 Подробнее об этом читайте в «Квантике» №11 за 2016 год, с. 2–5.

Если бы не было гравитации

В соответствии с вышеприведенными законами физики на практике такая ситуация невозможна.

Бывший астронавт NASA, физик Джей Баки, отмечает, что наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Когда сила тяжести почти исчезает (например, на борту МКС), организм начинает перестраиваться. За время миссий в космосе члены экипажей кораблей теряют костную массу и мышечный тонус, а также чувство равновесия.

Доктор Кевин Фонг добавляет, что количество эритроцитов в организме падает, что приводит к так называемой космической анемии. При этом раны заживают дольше, а также снижается иммунитет, наблюдаются проблемы со сном. Таким образом, в отсутствие гравитации мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды развивались бы иначе.

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании предположил, что в отсутствие гравитации Земля начала бы вращаться с большой угловой скоростью как раскручиваемая над головой веревка. Таким образом, любые объекты на планете улетели бы прямо в космос, как и вода с атмосферой. Только укрепленные строения могли бы какое-то время держаться на поверхности Земли.

В конечном счете отсутствие гравитации разрушит саму планету. Земля развалится на части, которые разлетятся в разные стороны.

Похожий пример, но с Солнцем, приводит канал Discovery News в своем видео.

Что произойдет, если гравитации не станет

Без гравитации не осталось бы ни звезд, ни планет, а Вселенная стала бы смесью рассеянных атомов и молекул.

Современное представление о гравитации

Научные исследования в области гравитации продолжаются. Теория относительности Эйнштейна объясняет некоторые аномалии в ньютоновской гравитации; однако открытия в атомной, ядерной физике и физике элементарных частиц показали, что ее нельзя отнести к взаимодействиям в квантовой физике. Проще говоря, эйнштейновская теория не работает в микромире. В связи с этим получило развитие направление «квантовой гравитации» или квантового описания гравитационного взаимодействия.

Однако теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности — опираются на разные наборы принципов. Первая описывает временну́ю эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. Во второй внешнего пространства-времени вообще нет — оно само является динамической переменной в теории.

В квантовой гравитации развиваются два основных направления — это теория струн и петлевая квантовая гравитация. В первой теории вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны.

Во второй делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Это маленькие квантовые ячейки пространства, которые определенным способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают дискретную структуру пространства, а в больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Предполагается, что именно петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, который предшествовал образованию Вселенной.

Сотрудники Университета штата Пенсильвания с 1980-х годов разрабатывают парадигму, основанную на представлении о петлевой квантовой гравитации. Она описывает все современные крупные структуры во Вселенной как квантовые флуктуации пространства-времени, имевшие место при рождении мира.

Существующая теория Большого взрыва, как уже говорилось, не объясняет, что было до зарождения Вселенной. Ученые из Пенсильвании придерживаются альтернативной гипотезы Большого отскока, согласно которой текущая расширяющаяся Вселенная возникла из распада предыдущей вселенной. Для описания этого состояния они объединили квантовую механику и теорию относительности. Авторы работы утверждают, что смогли описать космическое излучение, которое возникло непосредственно после зарождения Вселенной. Они заявили, что в эйнштейновскую ткань пространства-времени вплетены квантовые нити. Именно это в будущем может позволить объяснить, почему галактики и материя распространены во Вселенной неравномерно.

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это противоречит предсказаниям общей теории относительности, согласно которой гравитация должна замедлять расширение. Чтобы объяснить это явление, космологи начали ссылаться на «темную энергию», силу, которая составляет почти три четверти материи и энергии во Вселенной и поэтому раздвигает ее. Но происхождение темной энергии по сей день остается загадкой. Некоторые исследователи пытаются объяснить ускорение расширения Вселенной без темной энергии, предполагая, что если общая теория относительности неверна, а гравитация ослабевает в космических масштабах. Но до сих пор никто не придумал способ проверить данную теорию.

Существует и такое понятие как антигравитация — предполагаемое противодействие, которое гасит или даже превышает гравитационное притяжение путем отталкивания.

Нынешний подход к антигравитации заключается в том, чтобы освободить объект от действия силы тяжести, чтобы он какое-то время не был подвержен гравитации. Например, полет человека в аэродинамической трубе обеспечивается за счет того, что силе тяжести противодействует поток воздуха.

Полет в аэротрубе

(Фото: FlyStation)

Пока вопрос существования антигравитации как самостоятельного явления остается открытым, так как само явление гравитации только изучается.

Что такое космическая скорость и какой она бывает

Если подбросить какой-либо предмет вверх, то через некоторое время он вернется на земную поверхность. Одновременно с этим, спутник, запущенный в космос более полувека назад, космическая станция или Луна вращаются по определенным орбитам, как будто они не подвержены воздействию гравитационной силы притяжения нашей планеты.

Данному явлению есть научное объяснение. На Земле любое материальное тело испытывает на себе действие всемирного тяготения.Значит, должна существовать некая сила, обладающая способностью нейтрализовать гравитацию. Такая сила называется центробежной.

Действие центробежной силы можно почувствовать, если один конец нити соединить с небольшим грузом и раскрутить его по окружности. При увеличении скорости вращения усиливается натяжение нити. Если скорость вращения замедляется, то повышается вероятность того, что груз упадет на землю. На рисунке представлена траектория полета космических кораблей:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Исходя из рассмотренных примеров, можно представить формулировку понятия «космическая скорость». В упрощенной форме термин «космическая скорость» представляет собой такую скорость, которая позволяет некоему объекту преодолеть тяготение небесного тела и их системы.

Определение

Космические скорости (первая v1, вторая v2, третья v3 и четвертая v4) – являются характерными критическими скоростями, с которыми движутся космические объекты в гравитационных полях небесных тел и их систем.

С помощью космических скоростей характеризуют виды движения космического аппарата в сфере влияния небесных тел:

• Солнце;
• Земля;
• Луна;
• другие планеты и их естественные спутники;
• астероиды и кометы.

Все объекты, которые перемещаются по орбите, обладают космической скоростью. При этом космические объекты характеризуются определенными размерами и формами орбит, зависящими от величины и направления скорости, получаемой данным объектом при выключении двигателей, а также высоты, на которой произошло это отключение.

Сколько существует космических скоростей?

Сила гравитации Земли и нашего Солнца несоизмеримы. Поэтому скорости, с которой возможно вылететь на орбиту планеты и покинуть звездную систему, разные.

Астродинамика выделяет 5 типов космических скоростей:

• Первая (орбитальная, круговая) – позволяет покинуть планету, но объект будет двигаться по ее круговой орбите как спутник;
• Вторая (параболическая) – позволяет вырваться в звездную систему, преодолев гравитацию планеты, объект движется по параболической орбите;
• Третья (гиперболическая) – позволяет покинуть систему, преодолев гравитацию планеты и звезды;
• Четвертая – объект покидает галактику;
• Пятая – позволяет долететь по планеты другой звёздной системы, независимо от расположения планет в галактике.

Первая космическая скорость позволяет преодолеть силу притяжения планеты. Если аппарат будет лететь с меньшей скоростью, рано или поздно он упадет. Это минимальная скорость, которую должны развивать ракеты, при выходе на орбиту. При этом взлетают они вертикально только первые 100 км. Затем ракета наклоняется и летит практически горизонтально планете. И только преодолевая высоту 150–200 км, она набирает космическую скорость.Получается, что ракета летит по круговой траектории. Поэтому второе название первой космической скорости – круговая или орбитальная. Для Земли она составляет 7900 м/с.

Орбитальная станция

При второй космической скорости объект будет двигаться по параболической траектории, т.к. сила тяготения звезды продолжает действовать, и он становится уже ее спутником. Для Земли и Солнца минимальный порог составляет 11200 м/с. Впервые эту скорость развил советский аппарат “Луна-1”. Вторую космическую еще называют скоростью ускорения, т.к. объекту необходимо преодолеть максимальный порог первой скорости, иначе он не сможет покинуть орбиту планеты. При этом траектория движения аппарата будет иметь эллиптическую орбиту разной степени вытянутости, как у комет.

На третьей космической скорости, чтобы обойти гравитацию звезды, аппарат должен двигаться по гиперболической траектории. Для Земли она составляет 46900 м/с. Впервые ее достиг аппарат “Новые горизонты” (НАСА, США) в 2006 г., добавив недостающие 4 км/м . В 2015 г. достиг Плутона. На 2021 г. аппарат удалился от Солнца на 50 астрономических единиц и продолжает исследовать глубокий космос.

Четвертая космическая скорость позволяет покинуть галактику. На текущий момент вычислить скорость для Млечного пути не представляется возможным, т.к. невозможно рассчитать его гравитационный потенциал. Эта величина не постоянная для всех точек галактики и зависит от места их расположения, в том числе и на определенный момент времени

Важно отметить, что нужны данные и по расположению масс второй галактики, куда будет осуществлен полет. Но ученые предполагают, что значение четвертой космической около 550 000 м/с.

Галактика Андромеды

Пятая космическая скорость упоминается реже, т.к

межгалактические планетарные полеты пока не доступны. Но если рассмотреть космическую скорость, которую летательный аппарат должен развить с нашей планеты до другой с вертикальной траекторией, то внутри солнечной системы она примерно составит 43600 м/с.

Президент Байден пытается выбить Россию из космического седла. Но может получить по голове обломком МКС

Президент США Джо Байден пообещал ввести санкции, чтобы перекрыть более половины импорта высоких технологий в Россию. Речь об ограничениях, направленных против российской космической программы.

Пользователи сети, интересующиеся космической тематикой, откровенно веселятся:

И далее примерно в таком же духе.

А если серьёзно, то глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин напомнил, что доступ к радиационностойкой микроэлектронике космического назначения американцы перекрыли нам еще в 2014 году. Но Россия, не смотря на это, успешно продолжает делать космические аппараты. И будет продолжать в том же духе, развернув собственное производство всех необходимых компонентов и приборов. А заодно предупредил, что новые санкции могут выйти боком самим американцам, да и многим другим странам.

По словам представителя НАСА, Американское космическое агентство продолжит сотрудничать с Роскосмосом в гражданской космической области, в том числе по Международной космической станции (МКС). Он также добавил, что НАСА поддерживает работу по безопасной эксплуатации МКС со всеми международными партнерами, включая Роскосмос. Это заявление было сделано во время беседы с корреспондентом с CNN. Видимо, в НАСА представляют последствия непродуманных запретов намного лучше, чем в Белом доме.

— Санкции в космической области — это политические игрушки, причем, очень опасные, — считает лётчик-космонавт Юрий Усачёв.

— Представьте, что ваш дом стоит в точке, над которой постоянно летают самолёты, и вы знаете, что по статистике шансы, что какой-нибудь самолёт рухнет на ваш дом, довольно высоки. Вы же будете жить в постоянном страхе и думать, как эти самолёты пилотируются, насколько они надёжны, что с техобслуживанием. Но люди живут спокойно, потому что знают: безопасность полётов обеспечивается на самом высоком уровне. А теперь представьте: МКС летает на высоте 300 километров со скоростью 8 километров секунду. Если ей не управлять, то она под влиянием притяжения Земли сойдёт с орбиты, войдёт в плотные слои атмосферы и развалится. Многие компоненты станции сделаны из стали и титана, они не сгорят, а со скоростью в те же 8 километров в секунду устремятся к поверхности планеты, уничтожая спутники, самолёты и объекты на земле. Обломки будут падать, разлетаясь в разные стороны по огромной территории. И добро, если они все рухнут в океан, а представьте, что они падают над населённым районом. Это будет намного страшнее, чем любая бомбардировка с самолёта.

И еще такой момент: не факт, что современные системы ПВО от обломков спасут. Военный эксперт Алексей Леонков напомнил, что радиолокационные станции, контролирующие космическое пространство и отслеживающие космические объекты, позволяют контролировать и учитывать всё, что по своим размерам может оказаться потенциально опасным. За ними ведётся постоянное наблюдение. Так что предсказать, какой объект и когда может сойти с орбиты и упасть, технически вполне возможно. И, соответственно, он будет вовремя уничтожен.

Но это только в том случае, если будут своевременно проведены все необходимые расчёты, занимающие, кстати, много времени. Это вам не жук начхал на скатерть. Если же этот процесс будет затруднён из-за сбоев в работе компьютеров или из-за отсутствия координации между специалистами, задействованными в нём, то обломки полетят по непредсказуемым траекториям.

7 Смотреть ответы Добавь ответ +10 баллов

Исследовательский проект «Невероятные кривые. Циклоида»

Государственное автономное образовательное учреждение Свердловской области

«Белоярский многопрофильный техникум» (ГАПОУ СО «БМТ»)

«Невероятные кривые. Циклоида»

Авторы: Костромитина Анастасия,

Куликова Ульяна, студентки гр. 22

профессия «Повар, кондитер»

Руководитель: , преподаватель математики 1 кв. к.

1. Исторические сведения

2. Построение циклоиды

2.1 Ледяная гора.2.2. Часы с маятником.2.3. «Вагон».

4. Весомостная космонавтика

5. Циклоида и карвинг

Список используемых источников и литературы

«Елена Прекрасная геометрии»

Мартин Гарднер (о циклоиде).

Циклоида – это кривая, которая на данный момент не достаточно изучена. Область ее применения широка. Свойства циклоиды применяются и в физике, и в математике, и в астрономии. Последняя область, кстати, наиболее развивающаяся. Циклоидальный перелет всего на 20% дольше, чем прямолинейный, но его достоинства настолько велики, что, возможно, именно он будет использоваться в ближайшем будущем.

1. Цель исследования Изучить циклоиду и узнать возможности

ее практического применения

2.1. Изучить кривые как геометрические места точек и как траектории движения точек;

2.2 . Познакомиться с кривой циклоида и рассмотреть ее свойства;

2.3 . Научиться строить циклоиду и создать инструкцию по построению этой кривой;

2.4 . Установить взаимосвязь циклоиды и нашей профессии;

2.5 . Обобщить материал, подвести итоги исследования, сделать выводы.

3. Проведение исследования Изучение экспериментального материала. Связь циклоиды с профессией Повар, кондитер.

4. Методы исследования Наблюдение, обобщение понятий, анализ, сравнение, моделирование, изучение первичной информации, сбор фактов, прогнозирование, измерение, обработка полученных данных.

5. Изучение дополнительных тем Циклоидальные кривые, весомостная космонавтика, карвинг.

1. Исторические сведения

Кривые с давнейших времен привлекали к себе внимание ученых и использовались ими для описания различных природных явлений – от траектории брошенного камня до орбит космических тел. В курсе геометрии в качестве кривых рассматриваются окружности, как геометрические места точек, равноудаленных от данной

Геометрическое место точек – это множество точек, удовлетворяющих определенным заданным условиям.

Вторая скорость для разных небесных тел

Итак, попробуем на основании выведенной формулы рассчитать вторую космическую скорость для разных небесных тел Солнечной Системы, учитывая что их радиус и массу мы знаем.

Начнем с самого простого – Земли. Радиус нашей планеты равен 6,37 тысяч километров, а масса – 5,97 х 10²³ кг. Подставляем в нашу формулу и получаем – вторая космическая скорость Земли равна 11,2 километра в секунду. Именно до таких цифр нужно разогнать гипотетический объект, чтобы он покинул зону гравитационного притяжения нашей планеты.

‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Вторая космическая скорость» title=»Вторая космическая скорость»>

Теперь можно перейти к нашей звезде и посчитать вторую космическую скорость для Солнца. Радиус его равен 696 тысяч километров, а масса 1,989 х 10³⁰ кг. Расчеты по формуле дают результат в 617,7 километров в секунду! До такой скорости нужно разогнать предмет, чтобы он смог покинуть нашу Солнечную Систему и попасть в межзвездное пространство.

Теперь попробуем вычислить показатель для остальных планет системы. Итак, радиус и масса Меркурия составляют соответственно 2,438 тысяч километров и 330 х 10²¹ кг. Подставив в формулу цифры, получаем вторую космическую скорость Меркурия 4,3 км/с.

Идем далее и получаем такие цифры – вторая космическая скорость Венеры – 11,2 километров в секунду, Марса – 5,0 км/с, Юпитера – 61 км/с, Сатурна – 36 км/с, Нептуна – 24 км/с, Урана – 22 км/с, Луна – 2,4 км/с.

Таким образом, мы видим, что преимущественно чем массивнее планета (а вернее, чем плотнее, потому что радиус тоже важен) – тем больше нужна скорость, чтобы объект мог вырваться за пределы гравитационного влияния.

Показательными и интересными также являются примеры третей и четвертой космических скоростей. Что это за параметры? Если говорить грубо – то третья космическая скорость, это вторая космическая для Солнца, но высчитываемая вблизи Земли. Простыми словами – какую скорость нужно развить с Земли, чтобы покинуть Солнечную Систему? Посчитав по формуле, получим 16,65 километров в секунду.

Четвертая космическая скорость показывает, до какой цифры нужно разогнаться чтобы покинуть галактику из заданной точки. Для Млечного пути этот показатель будет разным в зависимости от выбранной координаты. Ближе к центральной сверхмассивной черной дыре он будет гигантским, ближе к периферии галактики – меньше. Примерно в области нашей Солнечной Системы четвертая космическая скорость равна 550 километрам в секунду!

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник

Гравитация может также замедлить движение космического корабля

Кроме того, гравитационные силы могут использоваться для замедления движения космического корабля вместо ускорения его. В примере выше рассмотрим, что космический корабль приближается к планете в направлении, противоположном её движению по орбите вокруг Солнца. Таким образом, математика будет работать так, что скорость космического корабля уменьшается после сближения с планетой. Космический аппарат NASA Messenger использовал гравитацию Земли и Венеры, чтобы замедлить свое движение таким образом, что он мог быть захвачен Меркурием и остался на его орбите.

В научно-фантастическом романе «Свидание с Рамой» Артур Кларк описывает инопланетную цивилизацию, чей межзвездный космический корабль использует гравитацию нашего Солнца для выполнения своего межзвездного маневра, заставляя людей волноваться и думать об этом процессе.

Другие космические скорости – третья, четвертая и пятая

Кроме 1-ой и 2-ой космических скоростей (v1, v2) существуют и другие понятия – v3, v4 и v5. Все эти космические скорости – это скорости движения и характеристики летающих объектов или аппаратов в гравитационных полях астрономического пространства и действия небесных тел и систем – спутников, астероидов, звезд, комет, планет, галактик и звездных скоплений.

Все тела в космосе подчиняются закону всемирного тяготения, который был открыт одним из основоположников физики Исааком Ньютоном в 1666 году. Гравитация заставляет небесные тела притягиваться. Благодаря этим силам планеты удерживаются в системах, движутся вокруг звезд, а звезды собираются в галактики, формируя Вселенную. Кстати, физическая природа гравитации до сих не нашла полного объяснения. Механизм гравитационного взаимодействия до сих пор не разгадан учеными и не создана подходящая модель действия сил притяжения.

Критические космические скорости помогают ракетам и аппаратам вырваться из цепкого гравитационного влияния и отправиться в открытое пространство Вселенной. В результате их действия получается:

• v1 – предмет становится спутником небесного объекта, вращаясь на относительно небольшой высоте от его поверхности;
• v2 – в этом случае аппарат способен преодолеть силу гравитации и сможет удалиться от планеты;
• v3 – при таких скоростях аппарат уже может выйти за пределы не только гравитационного поля планеты, но и всей планетной системы (например, Солнечной), оторвавшись от притяжения центральной звезды;
• v4 – позволяет покинуть целую галактику;
• v5, v6 и тд. – понятие, можно сказать из области фантастики, скорость, которая позволяет улететь в любую точку любой другой галактики и даже Вселенной, уйти за пределы невиданной гравитации.

Первые две скорости помогают исследовать нашу солнечную систему и ее окрестности. Но их явно недостаточно, чтобы совершать путешествия свободно и быстро во всем космическом пространстве, которое раскрывается нам. Придет время, когда человечеству будут доступны другие сверхскорости. Но для этого нужно открыть иные источники дешевой энергии, а это пока за пределами наших возможностей.

Что же будет, если Земля вдруг резко остановится?

Вероятность того, что вы можете в любой момент просто вылететь в открытый космос, равна нулю. В этом вам помогает гравитация, которая безустанно притягивает нас к земле. Но гравитация на Земле не везде одинаковая! Наша планета имеет сферическую форму и за счет вращения вокруг оси, Земля немножко приплюснута у полюсов. Скорость на самой широкой окружности должна быть наивысшей — такой окружностью является экватор. Гравитация на экваторе на 0.3% сильнее!

НАСА заявляет, что остановка планеты невозможна в ближайшие несколько миллиардов лет. Но если представить такую ситуацию, что Земля резко останавливается, — получается не радужная картина. Если вращение самого небесного тела прекратиться, то движение атмосферы никто не остановит, поэтому все, что находилось на поверхности земли будет разрушено сильным ветром. И это касается не только людей и животных, но и зданий, деревьев, и даже верхних слоев почвы!

Вариант с постепенным замедлением же является реальной ситуацией, с которой наша планета столкнется в далеком будущем. Наименьшая скорость, до которой может Земля опуститься, равна одному обороту в 365 дней. Такая ситуация называется “синхронностью солнца”. Тогда одна сторона будет всегда повернута к Солнцу, другая же — как и у Луны, вечно будет во тьме. Но к подобной ситуации, в целом, по заявлениям НАСА, можно будет привыкнуть.

Вернемся опять к полной остановке: если Земля остановится совсем, то скорее всего пропадет магнитное поле, которое создается в первую очередь благодаря спину планеты. Из-за этого мы потеряли бы радиационные пояса Ван Аллена и северные сияния, что оставило бы нас совершенно беззащитными перед космической радиацией. В таком случае, при каждом всплеске радиации на Солнце, Земля бы получала такую дозу излучения, что вряд ли бы осталось что-то живое.

Но не переживайте! Вероятность таких сценариев практически равна нулю!

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.