Elk object dat omhoog wordt gegooid, komt vroeg of laat op het aardoppervlak terecht, of het nu een steen, een stuk papier of een simpele veer is. Tegelijkertijd blijven een satelliet die een halve eeuw geleden de ruimte in werd gelanceerd, een ruimtestation of de maan in hun baan ronddraaien, alsof ze helemaal niet werden beïnvloed door de zwaartekracht van onze planeet. Waarom gebeurt dit? Waarom dreigt de maan niet naar de aarde te vallen en beweegt de aarde niet naar de zon? Worden ze niet beïnvloed door de zwaartekracht?
Van de natuurkundecursus op school weten we dat universele zwaartekracht elk materieel lichaam beïnvloedt. Dan zou het logisch zijn om aan te nemen dat er een bepaalde kracht is die de werking van de zwaartekracht neutraliseert. Deze kracht wordt centrifugaal genoemd. De actie is gemakkelijk te voelen door een kleine lading aan het ene uiteinde van de draad te binden en deze rond de omtrek te draaien. In dit geval, hoe hoger de rotatiesnelheid, hoe sterker de spanning van de draad, enhoe langzamer we de last draaien, hoe groter de kans dat deze naar beneden v alt.
We staan dus heel dicht bij het concept van "kosmische snelheid". In een notendop kan het worden omschreven als de snelheid waarmee elk object de zwaartekracht van een hemellichaam kan overwinnen. Een planeet, zijn satelliet, het zonnestelsel of een ander systeem kan fungeren als een hemellichaam. Elk object dat in een baan om de aarde beweegt, heeft ruimtesnelheid. Trouwens, de grootte en vorm van de baan van een ruimteobject hangt af van de grootte en richting van de snelheid die dit object ontving op het moment dat de motoren werden uitgeschakeld, en de hoogte waarop deze gebeurtenis plaatsvond.
Ruimtesnelheid is van vier soorten. De kleinste van hen is de eerste. Dit is de laagste snelheid die een ruimtevaartuig moet hebben om in een cirkelvormige baan te komen. De waarde ervan kan worden bepaald met de volgende formule:
V1=õ/r, waar
µ - geocentrische zwaartekrachtconstante (µ=39860310(9) m3/s2);
r is de afstand van het startpunt tot het middelpunt van de aarde.
Omdat de vorm van onze planeet geen perfecte bal is (bij de polen is hij enigszins afgeplat), is de afstand van het centrum tot het oppervlak het grootst bij de evenaar - 6378.1 • 10(3) m, en het minst aan de polen - 6356,8 • 10(3) m. Als we de gemiddelde waarde nemen - 6371 • 10(3) m, dan krijgen we V1 gelijk aan 7,91 km/s.
Hoe meer de kosmische snelheid deze waarde overschrijdt, hoe langer de baan zal worden, en voor iedereen weg van de aarde zal bewegengrotere afstand. Op een gegeven moment zal deze baan breken, de vorm aannemen van een parabool, en het ruimtevaartuig zal naar de ruimte surfen. Om de planeet te verlaten, moet het schip de tweede ruimtesnelheid hebben. Het kan worden berekend met de formule V2=√2µ/r. Voor onze planeet is deze waarde 11,2 km/s.
Astronomen hebben lang bepaald waaraan de kosmische snelheid, zowel de eerste als de tweede, gelijk is voor elke planeet van ons oorspronkelijke systeem. Ze zijn eenvoudig te berekenen met behulp van de bovenstaande formules, als we de constante µ vervangen door het product fM, waarin M de massa van het betreffende hemellichaam is, en f de zwaartekrachtconstante (f=6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
De derde kosmische snelheid zal elk ruimtevaartuig in staat stellen de zwaartekracht van de zon te overwinnen en het eigen zonnestelsel te verlaten. Als je het ten opzichte van de zon berekent, krijg je een waarde van 42,1 km / s. En om vanaf de aarde in de baan om de zon te komen, moet je versnellen tot 16,6 km/s.
En, ten slotte, de vierde kosmische snelheid. Met zijn hulp kun je de aantrekkingskracht van de melkweg zelf overwinnen. De waarde ervan varieert afhankelijk van de coördinaten van de melkweg. Voor onze Melkweg is deze waarde ongeveer 550 km/s (berekend ten opzichte van de zon).