Що таке перша космічна швидкість
Що таке перша космічна швидкість?
Будь-який предмет, який ми кидаємо горизонтально, пролетівши деяку відстань, впаде на землю. Якщо кинути цей предмет сильніше, він пролетить довше, впаде далі, і траєкторія його польоту буде більш пологою. Якщо послідовно зраджувати предмету все більшу швидкість, при певній швидкості кривизна його траєкторії зрівняється з кривизною поверхні Землі. Адже земля кулю, про що знали ще давні греки. Що це означатиме? Це означатиме, що поверхня Землі ніби тікатиме від кинутого предмета з тією ж швидкістю, з якою він падатиме на поверхню нашої планети. Тобто, кинутий із деякою швидкістю предмет почне кружляти навколо Землі на певній постійній висоті. Якщо знехтувати опором повітря, це обертання ніколи не припиниться. Занедбаний предмет стане штучним супутником Землі. Та швидкість, за якої це станеться і називається першою космічною.
Першу космічну швидкість для нашої планети легко вирахувати, розглянувши сили, які діють на тіло, запущене над поверхнею Землі з деякою швидкістю.
Перша сила - сила земного тяжіння, прямо пропорційна масі тіла і масі нашої планети і назад пропорційна квадрату відстані між центром Землі і центром тяжіння тіла, що запускається. Ця відстань дорівнює сумі земного радіусу та висоти предмета над поверхнею Землі.
Друга сила – доцентрова. Вона прямо пропорційна квадрату швидкості польоту і масі тіла і обернено пропорційна відстані від центру тяжкості тіла, що обертається до центру Землі.
Якщо прирівняти ці сили і зробити нескладні перетворення, доступні школяру 6-го класу (або коли вукраїнській школі нині починають вивчати алгебру?), то вийде, що перша космічна швидкість пропорційна квадратному кореню з приватного поділу маси Землі на відстань від тіла, що летить до центру Землі. Підставивши відповідні дані, отримуємо, що на поверхні Землі перша космічна швидкість становить7.91 кілометра на секунду. Зі збільшенням висоти польоту перша космічна швидкість зменшується, але не надто сильно. Так, на висоті 500 кілометрів над поверхнею Землі вона становитиме 7.62 кілометри на секунду.
Такі самі міркування можна повторити для будь-якого круглого (або майже круглого) небесного тіла: Місяця, планет, астероїдів. Що менше небесне тіло, то менше для нього перша космічна швидкість. Так, щоб стати штучним супутником Місяця знадобиться швидкість лише 1.68 кілометрів на секунду, майже вп'ятеро менша, ніж на Землі.
Після виведення орбіту навколо Землі супутник може обертатися навколо неї без допомоги двигунів. Він як би весь час падає, але ніяк не може досягти поверхні Землі. Саме через те, що супутник Землі постійно ніби падає, у ньому виникає стан невагомості.
Крім першої космічної швидкості існують ще друга, третя та четверта космічні швидкості. Якщо космічний корабель досягає другої космічної швидкості (близько 11 км/сек), він може залишити навколоземний простір і відлетіти до інших планет.
Розвивши третю космічну швидкість (16.65 км/сек) космічний корабель залишить межі Сонячної системи, а четверта космічна швидкість (500 – 600 км/сек) – та межа, подолавши яку космічний корабель зможе здійснити міжгалактичний переліт.