Космічна швидкість

Космічна швидкість


Будь-який предмет, будучи підкинутим вгору, рано чи пізно опиняється на земній поверхні, будь то камінь, аркуш паперу або просте пір'ячко. Водночас супутник, запущений у космос півстоліття тому, космічна станція або Місяць продовжують обертатися по своїх орбітах, немов на них зовсім не діє сила тяжіння нашої планети. Чому так відбувається? Чому Місяці не загрожує впасти на Землю, а Земля не рухається назустріч Сонцю? Невже на них не діє всесвітнє тяжіння?


Зі шкільного курсу фізики ми знаємо, що всесвітнє тяжіння впливає на будь-яке матеріальне тіло. Тоді логічно буде припустити, що є якась сила, що нейтралізує дію гравітації. Цю силу прийнято називати відцентровою. Її дію легко відчути прив'язавши на один кінець нитки невеликий вантаж і розкрутивши його по окружності. При цьому чим більше швидкість обертання тим сильніше натягнення нитки, а чим повільніше обертаємо ми вантаж тим більше ймовірність, що він впаде вниз.

Таким чином ми впритул наблизилися до поняття «космічна швидкість». У двох словах її можна описати як швидкість, що дозволяє будь-якому об'єкту подолати тяжіння небесного тіла. Як небесне тіло може виступати планета, її супутник, Сонячна або інша система. Космічна швидкість є у кожного об'єкта, який рухається по орбіті. До слова сказати, розмір і форма орбіти космічного об'єкта залежать від величини і напрямку швидкості, яку даний об'єкт отримав на момент вимикання двигунів, і висоти, на якій відбулася дана подія.

Космічна швидкість буває чотирьох видів. Найменша з них - це перша. Це найменша швидкість, яка повинна бути у космічного апарату, щоб він вийшов на кругову орбіту. Її значення можна визначити за такою формулою:

V1 = ^/r, де

^ - геоцентрична гравітаційна постійна (^ = 398603 * 10 (9) м3/с2);

r - відстань від точки запуску до центру Землі.

Через те, що форма нашої планети не є ідеальною кулею (на полюсах вона ніби трохи приплюснута), то відстань від центру до поверхні найбільше на екваторі - 6378,1 • 10 (3) м, а найменше на полюсах - 6356,8 • 10 (3) м. Якщо взяти середню величину - 6371 • 10 (3) м, то отримаємо V1 рівною 7,91 км/с.

Чим більше космічна швидкість буде перевищувати дану величину, тим більш витягнуту форму буде набувати орбіта, віддаляючись від Землі на все більшу відстань. У якийсь момент ця орбіта розірветься, прийме форму параболи, і космічний апарат відправиться борознити космічні простори. Для того щоб покинути планету, у корабля повинна бути друга космічна швидкість. Її можна розрахувати за формулою V2 = ^ 2./r. Для нашої планети ця величина дорівнює 11,2 км/с.

Астрономи давно вже визначили, чому дорівнює космічна швидкість, як перша, так і друга, для кожної планети нашої рідної системи. Їх нескладно розрахувати за вищенаведеними формулами, якщо замінити константу на твір fM, в якому M - маса цікавого небесного тіла, а f - постійна тяжіння (f = 6,673 х 10 (-11) м3/( кг х с2).

Третя космічна швидкість дозволить будь-якому космічному кораблю подолати тяжіння Сонця і покинути рідну Сонячну систему. Якщо розраховувати її відносно Сонця, то вийде значення 42,1 км/с. А для того щоб із Землі вийти на навколосовечну орбіту, знадобиться розігнатися до 16,6 км/с.

Ну і, нарешті, четверта за рахунком космічна швидкість. З її допомогою можна подолати тяжіння безпосередньо самої галактики. Її величина варіюється залежно від координат галактики. Для нашого Чумацького Шляху ця величина становить приблизно 550 км/с (якщо розраховувати відносно Сонця).