Ujet v gravitacijo

Zemlja je dom človeštva, njegova zibelka. A do nedavnega je bil to tudi njegov zapor. Sila, ki je oblikovala njegov videz, sila težnosti, je obdržala človeka na planetu in mu ni dala možnosti oditi v svetove, ki so sijali nad njegovo glavo. Prva kozmična hitrost mu je bila do nedavnega nedosegljiva.

Če močno vržete kamen, njegova hitrost ne bo zadostovala za premagovanje zemeljske gravitacije in ga bo sčasoma potegnilo k sebi. Vendar, močneje ko vržete namišljeni kamen, večja bo njegova hitrost in bolj bo uravnotežil gravitacijsko silo. Končno bo prišel trenutek, ko bo kamen začel neskončno padati na Zemljo – dosegel bo prvo kozmično hitrost. To lahko razložimo tako, da na vrv pritrdimo utež in jo zavrtimo v krogu. Vrv bo delovala kot gravitacija, ki preprečuje, da bi se breme premikalo v ravni črti in enakomerno, in povzročilo, da se namesto tega premika v krogu s središčem v roki, ki drži vrv.

V neskončnem padcu

Ker imajo nebesna telesa različne teže in gostote, bo prva ubežna hitrost na površini vsakega od njih drugačna. Preprosto se izračuna kot kvadratni koren produkta gravitacijskega pospeška in polmera nebesno telo. Za Zemljo je najmanjša hitrost, s katero se telo začne gibati po orbiti okoli nje zemeljsko površje je 7,9 km/s. kako večjo višino nad Zemljo, manjša je ta hitrost. Med neskončnim padcem teža telesa in vseh predmetov na njem ali v njem enako nič; pravijo, da nastopi breztežnostno stanje. Hkrati pa masa predmetov ostane nespremenjena.

Osvoboditev z raketo

Do sredine 50-ih let 20. stoletja niti človeška mišična moč niti energija živali, pare ali strojev notranje zgorevanje vozila, s katerimi se premikajo, niso mogli pospešiti na ustrezno hitrost. Vendar še vedno v konec XIX stoletja je ruski izumitelj in znanstvenik samouk Konstantin Ciolkovski matematično dokazal, da lahko prvo kozmično hitrost orbitalnega leta doseže letalo, ki za pogon uporablja reaktivni potisk, torej raketa. Močnejši kot je njegov motor, boljše je gorivo in lažja kot je konstrukcija, višje hitrosti lahko doseže.

Prvič v zgodovini človeštva je bila najpreprostejšemu medcelinskemu satelitu sporočena prva ubežna hitrost balistični izstrelek R-7, ustvarjen v ZSSR. Dan izstrelitve prvega satelita - 4. oktober 1957 - se šteje za prvi dan Vesoljska dobačlovečnost. Danes je v nizki zemeljski orbiti več kot 10 tisoč delujočih in nedelujočih vesoljskih plovil, raketnih stopenj, komponent in delov ter vesoljskih odpadkov. Sama teža mali satelit komaj doseže 10 kg, teža največje - Mednarodne vesoljske postaje - presega 417 ton.

...in v daljnem vesolju

Če povečate orbitalna hitrost dokler se zaprta elipsa okolizemeljske orbite ne spremeni v parabolo ali hiperbolo glede na Zemljo, potem vesoljsko plovilo bo pridobil drugo kozmično hitrost, enako tisti, s katero se dogaja gibanje planetov in drugih nebesnih teles okoli Sonca. V tem primeru bo vesoljsko plovilo šlo v orbito umetni satelit sonce Nadaljnje povečanje hitrosti bo preseglo gravitacijska privlačnost naše zvezde, vesoljsko plovilo pa se bo, ko bo doseglo tretjo kozmično hitrost, odpravilo na medzvezdno potovanje, ki se bo vrtelo okoli središča naše galaksije Rimske ceste.

"Enomerno in neenakomerno gibanje" - t 2. Neenakomerno gibanje. Jablonevka. L 1. Enotna in. L2. t 1. L3. Chistoozernoe. t 3. Enakomerno gibanje. =.

"Krivočrtno gibanje" - Centripetalni pospešek. ENAKOMERNO KROŽNO GIBANJE TELESA Razlikujemo: - krivočrtno gibanje s konstantno modulno hitrostjo; – gibanje s pospeševanjem, saj hitrost spremeni smer. Smer centripetalnega pospeška in hitrost. Gibanje točke v krožnici. Gibanje telesa po krožnici s konstantno absolutno hitrostjo.

"Gibanje teles na ravnini" - Ocenite dobljene vrednosti neznanih količin. V rešitev nadomestite številske podatke splošni pogled, naredite izračune. Narišite risbo in na njej upodabljajte medsebojno delujoča telesa. Izvedite analizo medsebojnega delovanja teles. Ftr. Gibanje telesa nagnjena ravnina brez trenja. Preučevanje gibanja telesa na nagnjeni ravnini.

“Podpora in gibanje” - kontaktirajte nas reševalno vozilo pripeljal bolnika. Vitek, sklonjen, močan, močan, debel, neroden, spreten, bled. Stanje igre"Zbor zdravnikov". Spite na trdi postelji z nizkim vzglavnikom. »Podpora in gibanje telesa. Pravila za vzdrževanje pravilne drže. Pravilna drža med stanjem. Otroške kosti so mehke in elastične.

"Vesoljska hitrost" - V1. ZSSR. zato. 12. april 1961 Sporočilo nezemeljske civilizacije. Tretja ubežna hitrost. Na krovu Voyagerja 2 je disk z znanstvenimi informacijami. Izračun prve ubežne hitrosti na površju Zemlje. Prvi polet človeka v vesolje. Pot Voyagerja 1. Pot teles, ki se gibljejo z nizko hitrostjo.

“Telesna dinamika” - Kaj je osnova dinamike? Dinamika je veja mehanike, ki proučuje vzroke gibanja teles ( materialne točke). Newtonovi zakoni veljajo samo za inercijski sistemi odštevanje. Referenčni sistemi, v katerih je izpolnjen prvi Newtonov zakon, se imenujejo inercialni. Dinamika. V katerih referenčnih okvirih veljajo Newtonovi zakoni?

Skupaj je 20 predstavitev

Vsak predmet, ki ga vržemo navzgor, prej ali slej konča na zemeljski površini, pa naj bo to kamen, list papirja ali preprosto pero. Ob tem je pred pol stoletja v vesolje izstrelil satelit vesoljska postaja ali pa se Luna še naprej vrti po svojih orbitah, kot da nanje naš planet sploh ne bi vplival. Zakaj se to dogaja? Zakaj Luna ni v nevarnosti, da bi padla na Zemljo, in zakaj se Zemlja ne premika proti Soncu? Ali nanje res ne vpliva univerzalna gravitacija?

Od šolski tečaj fiziki vemo, da univerzalna gravitacija vpliva na vse materialno telo. Potem bi bilo logično domnevati, da obstaja neka sila, ki nevtralizira učinek gravitacije. To silo običajno imenujemo centrifugalna. Njegov učinek zlahka občutite tako, da na en konec niti privežete majhno utež in jo odvijete v krog. Poleg tega večja kot je hitrost vrtenja, močnejša je napetost niti in počasneje kot vrtimo breme, bolj verjetno da bo padel.

Tako smo zelo blizu konceptu "kozmične hitrosti". Na kratko jo lahko opišemo kot hitrost, ki omogoča kateremu koli predmetu, da premaga gravitacijo nebesnega telesa. Vloga je lahko planet, njegov ali drug sistem. Vsak predmet, ki se premika po orbiti, ima ubežno hitrost. Mimogrede, velikost in oblika orbite sta odvisni od velikosti in smeri hitrosti, ki jo je predmet prejel v času, ko so bili motorji izklopljeni, in višine, na kateri se je ta dogodek zgodil.

Obstajajo štiri vrste ubežne hitrosti. Najmanjši med njimi je prvi. To je najnižja hitrost, ki jo mora imeti, da vstopi v krožno orbito. Njegovo vrednost je mogoče določiti z naslednjo formulo:

V1=õ/r, kjer je

µ - geocentrična gravitacijska konstanta (µ = 398603 * 10(9) m3/s2);

r je razdalja od izstrelišča do središča Zemlje.

Ker oblika našega planeta ni popolna krogla (na polih se zdi, da je rahlo sploščen), je razdalja od središča do površine največja na ekvatorju - 6378,1. 10(3) m, najmanj pa na polih - 6356,8. 10(3) m povprečna vrednost- 6371. 10(3) m, potem dobimo V1 enako 7,91 km/s.

Večja hitrost pobega bo presegla to vrednost, bolj raztegnjena bo orbita, ki se bo oddaljevala od Zemlje za vse daljša razdalja. Na neki točki se bo ta orbita zlomila, dobila obliko parabole in vesoljsko plovilo se bo odpravilo plut skozi vesolje. Da bi ladja zapustila planet, mora imeti drugo ubežno hitrost. Izračuna se lahko z uporabo formule V2=√2µ/r. Za naš planet je ta vrednost 11,2 km/s.

Astronomi že dolgo ugotavljajo, kakšna je ubežna hitrost, tako prva kot druga, za vsak planet našega domačega sistema. Enostavno jih je mogoče izračunati z zgornjimi formulami, če konstanto µ zamenjate s produktom fM, v katerem je M masa nebesnega telesa, ki vas zanima, f pa konstanta gravitacije(f = 6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).

Tretja kozmična hitrost bo vsakomur omogočila, da premaga gravitacijo Sonca in zapusti svoje domače sončni sistem. Če jo izračunate glede na Sonce, dobite vrednost 42,1 km/s. In da bi vstopili v sončno orbito z Zemlje, boste morali pospešiti do 16,6 km/s.

In končno, četrta ubežna hitrost. Z njegovo pomočjo lahko premagate gravitacijo same galaksije. Njegova magnituda se spreminja glede na koordinate galaksije. Pri našem je ta vrednost približno 550 km/s (če računamo glede na Sonce).

« Fizika - 10. razred"

Če želite rešiti težave, morate poznati pravo univerzalna gravitacija, Newtonov zakon in komunikacija linearna hitrost telesa z obdobjem njihovega kroženja okoli planetov. Upoštevajte, da se polmer poti satelita vedno meri od središča planeta.

Naloga 1.

Izračunajte prvo ubežno hitrost Sonca. Masa Sonca je 2 10 30 kg, premer Sonca je 1,4 10 9 m.

rešitev.

Satelit se giblje okoli Sonca pod vplivom ene same sile – gravitacije. Po drugem Newtonovem zakonu zapišemo:

Iz te enačbe določimo prvo ubežno hitrost, to je najmanjšo hitrost, s katero mora biti telo izstreljeno s površine Sonca, da postane njegov satelit:

Naloga 2.

Satelit se giblje okoli planeta na razdalji 200 km od njegove površine s hitrostjo 4 km/s. Določite gostoto planeta, če je njegov polmer enak dvema polmeroma Zemlje (Rpl = 2R 3).

rešitev.

Planeti imajo obliko krogle, katere prostornino je mogoče izračunati po formuli, nato pa gostoto planeta.

Določite povprečno razdaljo od Saturna do Sonca, če je čas Saturnovega kroženja okoli Sonca 29,5 leta. Masa Sonca je 2 10 30 kg.

rešitev.

Menimo, da se Saturn giblje okoli Sonca po krožni orbiti. Nato v skladu z drugim Newtonovim zakonom zapišemo:

kjer je m masa Saturna, r je razdalja od Saturna do Sonca, M c je masa Sonca.

Saturnovo orbitalno obdobje od tukaj

Če nadomestimo izraz za hitrost υ v enačbo (4), dobimo

Iz zadnje enačbe določimo zahtevano razdaljo od Saturna do Sonca:

S primerjavo s tabelarnimi podatki se bomo prepričali, da je najdena vrednost pravilna.

Vir: "Fizika - 10. razred", 2014, učbenik Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dinamika - Fizika, učbenik za 10. razred - Kul fizika

Pretvornik dolžine in razdalje Pretvornik mase Pretvornik mase in prostornine hrane Pretvornik površine Pretvornik prostornine in enot v kulinarični recepti Pretvornik temperature Pretvornik tlaka, napetosti, Youngovega modula Pretvornik energije in dela Pretvornik moči Pretvornik sile Pretvornik časa Pretvornik linearne hitrosti Pretvornik toplotnega izkoristka s ravnim kotom in izkoristka goriva Pretvornik številk v različne sisteme notacije Pretvornik merskih enot količine informacij Menjalni tečaji Velikosti ženskih oblačil in obutve Velikosti moška oblačila in pretvornik za čevlje kotna hitrost in hitrost vrtenja Pretvornik pospeška Pretvornik kotni pospešek Pretvornik gostote Pretvornik specifične prostornine Pretvornik vztrajnostnega momenta Pretvornik momenta sile Pretvornik navora specifična toplota zgorevanje (po masi) Pretvornik gostote energije in specifične toplote zgorevanja goriva (po prostornini) Pretvornik temperaturne razlike Pretvornik koeficientov toplotno raztezanje Pretvornik toplotnega upora toplotna prevodnost Pretvornik specifično toplotno kapaciteto Izpostavljenost energiji in toplotno sevanje Pretvornik moči Pretvornik gostote toplotni tok Pretvornik koeficienta toplotnega prehoda Pretvornik prostorninskega pretoka Pretvornik masnega pretoka Pretvornik molarnega pretoka Pretvornik masnega pretoka Pretvornik gostote molska koncentracija Pretvornik masna koncentracija v raztopini Pretvornik dinamične (absolutne) viskoznosti Pretvornik kinematične viskoznosti površinska napetost Pretvornik prepustnosti hlapov Pretvornik prepustnosti hlapov in hitrosti prenosa hlapov Pretvornik ravni zvoka Pretvornik občutljivosti mikrofona Pretvornik ravni zvočnega tlaka (SPL) Pretvornik ravni zvočnega tlaka z izbiro referenčnega tlaka Pretvornik svetlosti Pretvornik svetlobne jakosti Pretvornik osvetlitve Pretvornik ločljivosti računalniška grafika Pretvornik frekvence in valovne dolžine Optična moč v dioptriji in goriščna razdalja Pretvornik optične moči v dioptriji in povečave leče (×). električni naboj Pretvornik linearne gostote naboja površinska gostota Pretvornik naboja nasipna gostota Pretvornik naboja električni tok Linearni pretvornik gostote toka Pretvornik površinske gostote toka Pretvornik električne poljske jakosti elektrostatični potencial in napetostni pretvornik električni upor Pretvornik pretvornika električne upornosti električna prevodnost Pretvornik električne prevodnosti Električna zmogljivost Pretvornik induktivnosti American Wire Gauge Converter Stopnje v dBm (dBm ali dBm), dBV (dBV), vatih in drugih enotah Pretvornik magnetomotorna sila Pretvornik napetosti magnetno polje Pretvornik magnetni tok Pretvornik magnetne indukcije Sevanje. Pretvornik hitrosti absorbirane doze ionizirajoče sevanje radioaktivnost. Pretvornik radioaktivni razpad sevanje. Pretvornik doze izpostavljenosti Sevanje. Pretvornik absorbirane doze Pretvornik decimalne predpone Prenos podatkov Tipografija in obdelava slik Pretvornik enot Pretvornik prostornine lesa Pretvornik enot Izračun molska masa Periodni sistem kemični elementi D. I. Mendelejev

1 prva ubežna hitrost = 7899,9999999999 metrov na sekundo [m/s]

Začetna vrednost

Pretvorjena vrednost

meter na sekundo meter na uro meter na minuto kilometer na uro kilometer na minuto kilometer na sekundo centimeter na uro centimeter na minuto centimeter na sekundo milimeter na uro milimeter na minuto milimeter na sekundo noga na uro noga na minuto noga na sekundo jard na uro jard na minutni jard na sekundo milja na uro milj na minuto milj na sekundo vozel vozel (UK) hitrost svetlobe v vakuumu prva ubežna hitrost druga ubežna hitrost tretja ubežna hitrost hitrost vrtenja Zemlje hitrost zvoka v sveža voda hitrost zvoka v morska voda(20°C, globina 10 metrov) Machovo število (20°C, 1 atm) Machovo število (standard SI)

Toplotna učinkovitost in učinkovitost goriva

Več o hitrosti

Splošne informacije

Hitrost je merilo prevožene razdalje določen čas. Hitrost je lahko skalarna količina in vektor - to upošteva smer gibanja. Hitrost gibanja v ravni črti se imenuje linearna, v krogu pa kotna.

Merjenje hitrosti

Povprečna hitrost v dobimo tako, da skupno prevoženo razdaljo delimo z ∆ x na skupni čas ∆t: v = ∆x/∆t.

V sistemu SI se hitrost meri v metrih na sekundo. Kilometri na uro se pogosto uporabljajo tudi v metrični sistem in milj na uro v ZDA in Veliki Britaniji. Kadar je poleg magnitude navedena tudi smer, na primer 10 metrov na sekundo proti severu, potem govorimo o o vektorski hitrosti.

Hitrost teles, ki se gibljejo s pospeškom, je mogoče najti s formulami:

• a, z začetno hitrostjo u v obdobju ∆ t, ima končno hitrost v = u + a×∆ t.
• Telo, ki se premika z stalni pospešek a, z začetno hitrostjo u in hitrost terminala v, ima povprečna hitrost ∆v = (u + v)/2.

Povprečne hitrosti

Hitrost svetlobe in zvoka

Po teoriji relativnosti je hitrost svetlobe v vakuumu največja hitrost, s katero lahko potujeta energija in informacija. Označena je s konstanto c in je enako c= 299.792.458 metrov na sekundo. Snov se ne more premikati s svetlobno hitrostjo, ker bi to zahtevalo neskončno število energije, kar je nemogoče.

Hitrost zvoka se običajno meri v elastični medij, in je enak 343,2 metra na sekundo v suhem zraku pri temperaturi 20 °C. Hitrost zvoka je najmanjša v plinih, največja pa v trdne snovi X. Odvisen je od gostote, elastičnosti in strižnega modula snovi (ki kaže stopnjo deformacije snovi pod strižno obremenitvijo). Machovo število M je razmerje med hitrostjo telesa v tekočem ali plinastem mediju in hitrostjo zvoka v tem mediju. Lahko se izračuna po formuli:

M = v/a,

kje a je hitrost zvoka v mediju in v- hitrost telesa. Machovo število se običajno uporablja pri določanju hitrosti, ki so blizu hitrosti zvoka, na primer hitrosti letala. Ta vrednost ni konstantna; odvisno je od stanja medija, ta pa od tlaka in temperature. Nadzvočna hitrost je hitrost, ki presega 1 Mach.

Hitrost vozila

Spodaj je nekaj hitrosti vozil.

• Potniška letala s turboventilatorskimi motorji: Potovalna hitrost potniških letal je od 244 do 257 metrov na sekundo, kar ustreza 878–926 kilometrov na uro ali M = 0,83–0,87.
• Hitri vlaki (kot Shinkansen na Japonskem): ti vlaki dosegajo največje hitrosti od 36 do 122 metrov na sekundo, torej od 130 do 440 kilometrov na uro.

Hitrost živali

Največje hitrosti nekaterih živali so približno enake:

Človeška hitrost

• Ljudje hodimo s hitrostjo približno 1,4 metra na sekundo ali 5 kilometrov na uro, tečemo pa s hitrostjo do približno 8,3 metra na sekundo ali 30 kilometrov na uro.

Primeri različnih hitrosti

Štiridimenzionalna hitrost

IN klasična mehanika vektorska hitrost se meri v tridimenzionalni prostor. Glede na posebna teorija relativnosti je prostor štiridimenzionalen, merjenje hitrosti pa upošteva tudi četrto dimenzijo - prostor-čas. Ta hitrost se imenuje štiridimenzionalna hitrost. Njegova smer se lahko spreminja, vendar je njegova velikost konstantna in enaka c, to je svetlobna hitrost. Štiridimenzionalna hitrost je definirana kot

U = ∂x/∂τ,

kje x predstavlja svetovna linija- krivulja v prostoru-času, po kateri se premika telo, τ pa je "pravi čas", enak intervalu vzdolž svetovne črte.

Skupinska hitrost

Skupinska hitrost je hitrost širjenja valov, ki opisuje hitrost širjenja skupine valov in določa hitrost prenosa energije valov. Lahko se izračuna kot ∂ ω /∂k, Kje k je valovno število in ω - kotna frekvenca. K merjeno v radianih/meter in skalarna frekvenca valovnega nihanja ω - v radianih na sekundo.

Hiperzvočna hitrost

Hiperzvočna hitrost je hitrost, ki presega 3000 metrov na sekundo, torej mnogokrat večja od hitrosti zvoka. Trdna telesa, ki se gibljejo s takšnimi hitrostmi, pridobijo lastnosti tekočin, saj so zaradi vztrajnosti obremenitve v tem stanju močnejše od sil, ki držijo molekule snovi skupaj med trki z drugimi telesi. Pri ultravisokih hiperzvočnih hitrostih se dve trčeni trdni snovi spremenita v plin. V vesolju se telesa gibljejo točno s to hitrostjo in inženirji, ki načrtujejo vesoljska plovila orbitalne postaje in skafandre morajo upoštevati možnost trka med postajo ali astronavtom z vesoljske smeti in druge predmete pri delu vesolje. Pri takem trku trpi ohišje vesoljska ladja in vesoljsko obleko. Razvijalci opreme izvajajo poskuse hiperzvočnih trkov v posebnih laboratorijih, da bi ugotovili, kako resni so udarci vesoljskih oblek, pa tudi kože in drugih delov vesoljskega plovila, kot so rezervoarji za gorivo in sončne plošče, preizkušajo svojo moč. Za to so skafandri in koža izpostavljeni udarcem različne predmete iz posebne instalacije z nadzvočne hitrosti presega 7500 metrov na sekundo.