第三宇宙是16公里多,地球速度是30多公里,地球为啥飞不出太阳系?

黄金万两2014


答:那是因为第三宇宙速度16.7km/s是相对于地球的,地球公转速度30km/s是相对于太阳的。


第三宇宙速度,是指从地球表面起飞的飞行器,达到该速度后就能完全凭借惯性逃离太阳引力,然后飞出太阳系,数值为v3=16.7km/s。

如果我们考虑地球的公转,会发现地球公转速度大约为v=29.8km/s,该数值已经远远超过了第三宇宙速度,为何地球没有逃离太阳引力呢?

其中的原因在于,这两个速度所选的参考系不一样,地球围绕太阳公转,速度大约29.8km/s,但是在地球轨道处,要想彻底逃离太阳引力,速度必须达到:

v'=√(2GM/r)=42.2km/s;

其中M为太阳质量,r为日地距离,地球公转速度(29.8km/s)小于这个逃离速度,所以地球也就无法逃离太阳引力,这个速度是相对于太阳的。


但是第三宇宙速度是以地球为参考系,和地球公转速度的参考系有区别;第二宇宙速度v2=11.2km/s,表示从地球表面起飞的飞行器,能完全逃离地球引力的最小速度。

如果飞行器要继续逃离太阳引力,除了达到第二宇宙速度外,还要给飞行器提供的速度为:

△v=v'-v=42.2-29.8=12.4km/s;

动能和速度的平方成正比,所以第三宇宙速度计算公式为:

v3=√(△v^2+v2^2)=√(12.4^2+11.2^2)=16.7km/s;

这个速度就是相对于地球的,之所以在数值上比地球公转速度小,是因为地面起飞的飞行器,借助了地球公转速度;就如一个人站在移动的小车上,然后在前方相对于小车以一定速度跳出去,那么人相对于地面的瞬时速度,就为小车速度加上人相对于小车的速度。


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宇宙速度是个省略句,咱们常说的三个宇宙速度指的是从地球表面出发相对于地球的宇宙速度,宇宙空间中每一个地方和不同的对像,其宇宙速度是不同的。

在回答这个问题之前,咱们先简单作一科普。

何为宇宙速度?

拿地球来说,第一宇宙速度又叫环绕速度,是飞行器环绕行星地球作圆周运动的最高速度,也是从地球表面发射飞行器的最小速度,这个速度公式为Ⅴ1=√GM/r,(其中G为万有引力常数,M为地球质量,r为物体距地心距离),计算大小为7.9千米/秒。第二宇宙速度又叫逃逸速度,是飞行器从地面出发挣脱地球引力成为围绕恒星太阳转动的人造行星的速度,公式为V2=√2GM/r,即第一速度的√2倍,大小为11.2千米/秒。第三宇宙速度是从地面出发挣脱太阳系引力成为围绕银河系中心天体绕转的人造天体的速度,利用动能定理求得其大小为16.7千米/秒,由于篇幅原因,这里不再叙述计算过程。


三个宇宙速度相应的轨道特点

第一宇宙速度为7.9千米/秒,物体以这个速度可以环绕地球表面运动,其轨道是个正圆形。大于这个速度而小于第二宇宙速度(11.2千米/秒),物体绕地球轨道就变为椭圆形,把地球作为其中的一个焦点,轨道仍然是封闭的,所以物体仍然没有脱离地球引力。如果达到第二宇宙速度(11.2千米/秒)以上,其轨道就会变为抛物线,对于地球来说轨道就不是封闭的了,意味着物体已经脱离地球引力不再回来了,所以第二宇宙速度又叫逃逸速度,就是逃离地球,成为绕太阳转动的行星了。如果达到第三宇宙速度16.7千米/秒以上,物体的轨道就会变为双曲线,轨道更不是封闭的了,连太阳引力也摆脱了。


从地球表面出发相对于地球的第三宇宙速度相对于太阳是多大?

上述三个宇宙速度都是从地球表面出发相对于地球的,如果从火星表面出发相对于火星,它的宇宙速度要小于地球的宇宙速度。当然地球上空的宇宙速度和地面的也是不同的。地球上的物体想脱离太阳(即第三宇宙速度)着重考虑的是地球的影响,而地球本身想脱离太阳就必须要考虑太阳的影响。我们知道地球的公转速度为29.8千米/秒,它是相对于太阳的。16.7千米/秒的第三宇宙速度是相对于地球质心的,如果是相对于太阳,那这个第三宇宙速度就是29.8+16.7=46.5千米/秒。因此在地球轨道的位置,地球想脱离太阳,29.8千米/秒的速度显然是不够的。也就是说如果是相对于太阳,第三宇宙速度是大于地球公转的速度的。所以地球是飞不出太阳系的。

地球自身从轨道出发相对于太阳的宇宙逃逸速度

当然了,地球想脱离太阳,速度用不着46.5千米/秒,这是因为第三宇宙速度是地球上的物体从地球出发去挣脱太阳引力的速度,这个物体除了挣脱太阳引力,还要克服地球的引力。而地球绕着太阳转,只需要考虑太阳引力就行,脱离太阳相当于它的逃逸速度,即是它公转速度的√2倍,也就是29.8x√2≈42.13千米/秒。也就是说地球想飞离太阳系,其相对太阳的速度必须达到42.13千米/秒才行。

由此也看出,即使同一位置(都是地球轨道),但逃离环境和逃离对像不同(地球和地球上的物体),其宇宙速度也是不同的。


物原爱牛毛1


第三宇宙是16公里多,地球速度是30多公里,地球为啥飞不出太阳系?

也许很多朋友心中都有一个疑问,地球公转速度即使查不到,也能计算出来,因为根据地球距离太阳的距离和公转一周的时间,就可求出公转速度大约为30千米/秒,但第三宇宙速度明确告诉我们只需要16.7千米/秒即可逃离太阳系!那我们地球为什么还没有脱离轨道呢?

一、什么是第一宇宙速度?

简单的理解就是航天器绕行地球飞行产生的离心作用与地球引力相等的速度!狭义上的第一宇宙速度是在地球表面计算的,但广义上的第一宇宙速度可以引申到距离天体的任意位置!

当然很明显,距离越远,那么它的“第一宇宙速度”就越低,直到有一个位置用步行的速度就能脱离地球引力!

二、地球的30千米/秒是什么速度?

从广义的第一宇宙速度来看,30千米/秒左右的速度仅仅只能让地球一直保持在轨道上公转,简单的说就是距离太阳1.5亿千米处的第一宇宙速度!地球以这个速度公转时,产生的离心力与太阳对它的引力平衡!甚至我们可以代入公式计算下这个位置的第一宇宙速度!

G为万有引力常数,M为太阳质量(单位:千克),r为地球公转轨道直径(单位:米),如果您有兴趣不妨计算下!其实准确的数字应该是29.8千米/秒左右!

三、太阳的逃逸速度

我们刚刚了解了太阳的第一宇宙速度(环绕速度),那么太阳在地球轨道上的逃逸速度是哪个呢?就是太阳(地球轨道上)的第二宇宙速度,计算方式如下:

如果您比较好奇用这个公式计算出来速度大约为42.2千米/秒,大概超出29.8千米的速度约12.4千米左右!

四、为什么地球上需要16千米/秒才能从太阳系逃逸呢?

因为它需要同时脱离地球和太阳两个天体,那么我需要计算下地球的逃逸速度,根据第二宇宙速度计算大约为11.2千米/秒左右,那么同时脱离两者的速度为:

v=√11.2^2+12.4^2=16.7千米/秒!

这个速度已经超过了地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度,因此我们将这个速度成为第三宇宙速度!不过准确的说,从地球上直接飞出太阳系的速度为29.8+16.7=46.5千米/秒!

因为29.8千米/秒是地球公转所赋予的,地球是我们的母星,所以我们在脱离太阳系时一般都是以地球为参考系,我们就自然的将本身运动的速度给忽略了!

这比方从一辆高速行驶的汽车上跳出的话,这个距离明显是会增加的!


星辰大海路上的种花家


第三宇宙速度是相对地球的,利用物理公式可以算出在地球轨道上,物体飞出太阳系(即以抛物线轨迹离开太阳)时相对于太阳的速度是46.7km/s,由于地球绕太阳的公转速度是30km/s,所以只要发射的物体相对于地球有16.7km/s的速度且沿着与地球公转方向相同(自西向东),该相对太阳的速度就能达到46.7km/s,从而飞出太阳系。至于地球为什么不能飞出太阳系,或物体向西发射需要多大的速度才能飞出太阳系,你自己去考虑吧。


zk309abc


张冠李戴显无知!!!

你有1000万元,我有1万元,我为什么买不起BMW啊。





海阔天丰3


谁说地球飞不出太阳系?

你让太阳引力突然消失一下试试……

地球一定沿着公转轨道的切线以30km/s的速度逃离太阳系



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