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1.2第一宇宙速率估算公式的推论

更新时间:2023-10-31 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

概要:qkg物理好资源网(原物理ok网)

三大宇宙速率是天文学和卫星发射的基础,目前推论和演绎是精典的引力理论,事实上,目前对其估算和认识是不完全正确的,甚至部份是完全错误的。qkg物理好资源网(原物理ok网)

现代天文学展现三大宇宙速率的内容是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率是7.9km/s,称为环地表公转的速率;第二宇宙速率是11.2km/s,称为逃出月球的速率;第三宇宙速率是16.7km/s,称为逃逸太阳系的速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

而其真正的涵义是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率实际涵义是:地面物体从自转变换为公转共核惯性运动后,核心距离最小时的公转速率,其转变前后的共核力矩守恒。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第二宇宙速率实际涵义是:当地面物体具有第二宇宙速率后,将相对地心作抛离月球的自由落体反向运动,与第一宇宙速率具有共核力矩守恒的等效性,这并不是逃逸月球的速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第三宇宙速率实际涵义是:在地面随月球自转的物体转变为绕日公转行星的起始速率,这也不是逃逸太阳系的速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

序言:qkg物理好资源网(原物理ok网)

借助万有引力定理估算三大宇宙速率是比较复杂的,甚至涉及极限与积分,而借助共核力矩守恒定理可以十分简易的估算出三大宇宙速率第一宇宙速度计算公式,非常强调,三大宇宙速率的值并不是定值,而是随空间位置变化而变化,它与核心距离、自转,和自转轴距有关。qkg物理好资源网(原物理ok网)

借助共核力矩守恒定理,可以对三大宇宙速率将作出精确估算和完美演绎,非常是对卫星发射、轨道变换、引力捕捉和弹弓效应的航天应用有着非常重大的意义。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率在地面上空的值随地面高度变化而有很大的变化,其任意位置点第一宇宙速率估算公式是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(引1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

它仅与共核系的共核常量和核心距离有关。qkg物理好资源网(原物理ok网)

而在地面上的物体第一宇宙速率是介于7.8~7.9之间,随地面位置不同地而有变化,它与地心距离、自转速率和自转轴距离有关,估算公式是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(引2)qkg物理好资源网(原物理ok网)

地面物体的第二宇宙速率是11~11.2km/s之间的变量,地面不同地点速率也是不同的,同样与地面位置点的核心距离、自转速率和自转轴距离有关。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率与第二宇宙速率的关系是:第一宇宙速率的运动方向是绕地心公转,而第二宇宙速率的运动方向是相对地心上升的抛离运动,是与自由落体相反方向的共核运动。qkg物理好资源网(原物理ok网)

若以第二宇宙速率入轨绕行月球公转,则与第一宇宙速率是等价的,它们的等效转化公式是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(引3)qkg物理好资源网(原物理ok网)

第三宇宙速率是地面物体成为太阳系绕日行星的公转速率,16.7km/s表示地面物体在月球近期点成为太阳系行星的最小速率,其轨迹距离日心约是4.8亿公里,是介于火星与土星之间的行星公转轨道,其估算公式是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(引4)(V为月球任意轨迹点绕日公转速率)qkg物理好资源网(原物理ok网)

1第一宇宙速率的推论和估算qkg物理好资源网(原物理ok网)

1.1共核力矩守恒定理的核心内容qkg物理好资源网(原物理ok网)

共核力矩守恒定理的叙述是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

宇宙一切质量物体在不受任何外作用下,将相对核心(一个中心点或轴为参照系)作永恒的惯性运动,且其运动路径上任意时刻任意轨迹点的共核力矩仍然守恒。qkg物理好资源网(原物理ok网)

外力只能改变共核惯性运动状态或运动方式,外力消失后仍将保持其共核力矩守恒。qkg物理好资源网(原物理ok网)

在同一共核系中公转、自由落体和自转都是不受任何外作用下的三种共核惯性运动方式,满足任意轨迹点的共核力矩仍然守恒,有共核力矩守恒多项式:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1.1.1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

宇宙速度表达式_宇宙速度的计算公式_第一宇宙速度计算公式qkg物理好资源网(原物理ok网)

主要天体运动热阻量纲表(1-1-1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1-1-1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

右式第一项表示公转运动的共核力矩,右式第二项表示自由落体运动的共核力矩,右式第三项表示自转运动的共核力矩,在同一共核系中,等质量的物体无论处于那个共核惯性运动方式,其任意轨迹点上的共核力矩仍然守恒。qkg物理好资源网(原物理ok网)

上式约去质量m得到:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1.1.2)qkg物理好资源网(原物理ok网)

这就是共核常量恒等多项式,表示在同一个共核系中,公转、自由落体和自转这三种不同方式的共核惯性运动中,其路径上任意轨迹点的共核常量恒等,在任何一个独立的共核系中有一个确定的共核常量值,它与其运动方式,质量和轨迹点位置都无关。下表列举多个共核系的共核常量值(1-1-2):qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1-1-2)qkg物理好资源网(原物理ok网)

1.2第一宇宙速率估算公式的推论qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率的实际涵义就是:随地面作自转的质量物体变换为近地卫星的公转速率,这仅仅是质量物体共核惯性运动的方式变化,改变前后的共核力矩依然守恒,因而有共核常量恒等多项式:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1.2.1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

变型得到不随月球自转的空间质量物体的第一宇宙速率是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1.2.2)qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率为7.9km/s的特定含意是:在不考虑大气阻力且光滑地表情况下,核心距离等于月球直径(R=r)时近地卫星的公转速率,而所有非近地卫星(R小于r)时的公转速率都小于此值,7.9km/s是绕地最大的公转速率,也是空间位置点最大的第一宇宙速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

而地面物体的第一宇宙速率将大于7.9km/s,由于月球上物体具有自转力矩,在公转方向与自转方向一致的前提下,其估算公式是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1.2.3)qkg物理好资源网(原物理ok网)

精典数学学只导入了空间物体的近地第一宇宙速率,然而却当作地面物体的第一宇宙速率,虽然地面与空间位置的第一宇宙速率区别是特别大的。qkg物理好资源网(原物理ok网)

把地面上一艘待发的人造月球卫星弄成一颗近地卫星,在月球上不同发射点达到第一宇宙速率的起点速率和能量消耗是不相等的。qkg物理好资源网(原物理ok网)

以第一宇宙速率公转的近地卫星,其起点速率与月球自转方向、地面位置自转速率,自转轴距离和核心距离有关,因此列表估算月球各个位置点第一宇宙速率的起始速率表(公转方向与自转方向一致)(1-2-1):qkg物理好资源网(原物理ok网)

(1-2-1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

表中第一宇宙速率栏值中,地面物体的第一宇宙速率与自转速率和自转轴距有关;而空间任意位置点的第一宇宙速率实际就是其位置点的公转速率,就像步卫星高度的第一宇宙速率是3.07km/s,而任意位置点的第一宇宙速率的平方与核心距离的乘积恒等于共核常量。qkg物理好资源网(原物理ok网)

2第二宇宙速率的推论与估算qkg物理好资源网(原物理ok网)

第二宇宙速率的实际涵义是:在地面作自转或自由落体运动的物体,在具有第二宇宙速率后,将相对地心作抛离月球的运动,是自由落体运动的反向运动,其任意轨迹点速率平方与核心距离的乘积一半仍然等于共核常量,于是有共核常量恒等多项式:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(2.1)qkg物理好资源网(原物理ok网)

右式第一项叫动能共核力矩,表示抛离运动中核心距离越大,第二宇宙速率就越小,看上表(1-2-1),11.2km/s是地面物体的第二宇宙速率,而空间的第二宇宙速率随核心距离变化而变化很大,到地球轨道位置只有1.44km/s。qkg物理好资源网(原物理ok网)

或则可以这样理解第二宇宙速率:当开裂树上的苹果具有11.2km/s的速率之后,再也不会落向地面,而是相对地心朝向高空无限的远离月球,速率不断变小,到达同步卫星轨道附近的速率只有3.07km/s了,无限远的离开地心运动,直至途中被其它天体捕捉或弹离。qkg物理好资源网(原物理ok网)

变型(2.1)可以得到第二宇宙速率的多个估算公式:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(2.2)qkg物理好资源网(原物理ok网)

右式第一项和第二项是空间位置点不随月球自转的物体的第二宇宙速率估算公式,而第三项是随月球自转的地面物体的第二宇宙速率的估算公式,第三项表示了第一宇宙速率与第二宇宙的等量关系。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一宇宙速率和第二宇宙速率的区别是共核运动的方向和方式不同而已,后者是绕核心公转,前者是与自由落体运动相反的抛离运动第一宇宙速度计算公式,它们的共核力矩是守恒的,是保持共核力矩守恒的两个等效速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第二宇宙速率并没有逃逸地月共核系,若假设宇宙中只有一个地月共核系存在,这么物体只是无限远离地心,而第二宇宙速率无限变小,且其任意轨迹点的第二宇宙速率平方与核心距离的乘积一半仍然等于地月系共核力矩,仍旧绕日公转,因而仍属于地月共核系。qkg物理好资源网(原物理ok网)

然而,在宇宙中由于存在无数个与月球相邻的共核系,这么远离地心到一定距离,将会被其它紧邻共核系引力捕捉或弹弓效应弹离,这是后续分述的内容。qkg物理好资源网(原物理ok网)

3第三宇宙速率的推论和估算qkg物理好资源网(原物理ok网)

第三宇宙速率准确的涵义是:地面物体逃逸地月共核系,步入太阳系成为绕日行星的最小速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

首先要明晰,关于共核系的组成常识:地球绕轴自转构成独立的地球共核系,而地球绕地心公转构成地月共核系,地球和月球及行星同时绕日心公转构成共核太阳系,不同的共核系有其确定的不同共核常量。qkg物理好资源网(原物理ok网)

月球除了具有地月系共核转矩,也具有绕日公转的太阳系共核力矩,这么月球上的物体要步入太阳系,第一要甩掉地月共核系,则须要具有地面的第二宇宙速率,同时它具有绕日公转的速率,要满足共核太阳系常量。qkg物理好资源网(原物理ok网)

第三宇宙速率的估算公式是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(3.1)(V为月球任意轨迹点的绕日公转速率)qkg物理好资源网(原物理ok网)

这个公式是怎样推论下来的呢?qkg物理好资源网(原物理ok网)

第一步:月球绕日任意轨迹点的公转速率为V,这么该位置点物体在共核太阳系中的第二宇宙速率就是其根号2倍,这么,地面物体在共核太阳系中的第二宇宙速率是:等于月球公转轨迹点上太阳系第二宇宙速率加上月球地面物体的地月系第二宇宙速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

以月球近期点公转速率30.03km/s为例,这时以共核太阳系为参照,地面物体在共核太阳系中,相对日心作自由抛离运动需具有的速率就是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(3.2)qkg物理好资源网(原物理ok网)

这个速率是月球上的物体在月球近期点时,相对日心作抛离运动实际速率,严格来说,这才是地面物体逃逸太阳系所须要的第二宇宙速率,qkg物理好资源网(原物理ok网)

但事实是:在共核太阳系中,地面物体作远离太阳的抛离运动,其第二宇宙速率并不须要加速到这个速率,由于月球上物体在近期点具有绕日公转速率30.03km/s,因而实际加速则要乘以这个速率,即:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(3.3)qkg物理好资源网(原物理ok网)

该速率是指在共核太阳中的近地点,地面物体相对日心作逃逸太阳系需加速的速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

地面物体在共核太阳中的加速速率与其绕日公转的速率是等效的,若将该速率转换为绕日公转,则公转速率要反过来乘以根号2,即;qkg物理好资源网(原物理ok网)

(3.4)qkg物理好资源网(原物理ok网)

这就是第三宇宙速率,可见,第三宇宙速率实质是地面物体逃逸月球后,绕太阳公转的最小速率,即地面发射太阳系行星的最小速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

若以第三宇宙速率入轨太阳系公转,此时与日心的距离,即核心距离是:qkg物理好资源网(原物理ok网)

(3.5)qkg物理好资源网(原物理ok网)

这是一个介于火星与土星之间的公转轨道,表示第三宇宙速率的真实含意不是逃逸太阳系,而是逃逸地月系步入太阳系公转行星公转速率。qkg物理好资源网(原物理ok网)

从地面出发的人造行星前往该轨道位置,则要具有16.7km/s的入轨速率,就能步入共核太阳系绕日公转;qkg物理好资源网(原物理ok网)

同样,若在地面位置以23.63km/s的速率逃逸月球,这么到了月球近期点速率变小为12.43km/s的速率抛离日心,或则是以11.2km/s的速率逃逸月球后,在月球近期点再加速到12.43km/s能够作抛离日心的运动。qkg物理好资源网(原物理ok网)

这么,该物体在月球近期点以12.43km/s的速率抛离日心的运动中,任意轨迹点的速率平方与日心距离的乘积的一半将一直等于共核太阳系常量,这表示该物体并没有离开太阳系,但途中可能被土星或其他天体作弹弓效应弹离或捕捉,这可以作为旅行者一号的运动轨迹剖析和预测,这在前面表述。qkg物理好资源网(原物理ok网)

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