中国空间站速度才7.68公里/秒,低于第一宇宙速度会掉下来吗?

我们向太空发射卫星、飞船和空间站 , 这些航天器要升到多高 , 飞得多快才能不掉下来?有朋友说 , 这还不简单 , 第一宇宙速度呀!只要航天器的速度达到7.9公里/秒 , 它便能一直在天上转;要是低于这个速度就会掉下来 。
真是这样?
天宫空间站绕地球飞行 , 它目前的近地点轨道高度是383.7公里 , 远地点高度393.7公里 , 从数学上来讲它是一个椭圆形轨道 。而对于巨大的地球来说 , 这是一个半径约388.6公里的接近圆的轨道 。天宫空间站在这个圆轨道上高速飞行 , 每天要绕地球转15圈半 , 大约每1个半小时 , 航天员们就要经历一次日出与日落 。
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天宫空间站上看日出
根据天宫空间站的轨道参数 , 它目前的轨道速度是7.68公里/秒 , 虽然比所有已知的飞机都快 , 但低于书上说的第一宇宙速度:7.9km/s 。
第一宇宙速度到底是什么?都说航天器只有高于这个速度才能逃脱地心引力 , 为什么卫星和空间站不会掉落下来呢?
我们向天上扔一块石头 , 它会很快就掉下来;扔石头的速度不够快 , 你向天空开枪 , 子弹出膛的速度大约是800米/秒 , 够快了吧?但十几秒后它也要落下来 。为什么?因为万有引力 。
牛顿认为 , 两个有质量的物体 , 它们互相之间会产生引力 , 引力的大小与它们的质量有关系 , 跟它们之间的距离也有关系 。牛顿的万有引力定律已经被无数的实验证明是正确的 。小到你扔石头 , 大到天体运行 , 它的运动都符合万有引力定律 。
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万有引力公式
地球够大够重 , 它对周围的一切物体都有引力 , 换句话说你的重量就是地球对你的引力大小 。石块、子弹、你我、卫星还有空间站都是有质量的物体 , 地球对它们都有引力 。地球质量基本固定 , 引力的大小取决于物体的质量和距离r 。我们处于地球表面 , r = 地球半径——也就是地球质心(地心)与地表间距离 。
从万有引力公式可以看出:地球质量m1、地球半径r、万有引力常数G都是固定的 , 那么我们受到地球引力的大小就取决于我们自身质量的不同 。
卫星和空间站要在天上持续运行 , 它就要克服万有引力的影响 。怎么克服?科学家想到了“离心力” 。奥运会上运动员投掷链球 , 就是先把球旋转起来 , 利用“离心力”将球投掷出去 , 你旋转速度越快 , 投掷的距离就越远 。
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运动员利用离心运动投掷链球
“离心力”是一种虚拟力 , 物理学上并没有“离心力”一说 , 所以我给它加上了引号 。当一个物体绕牵引力中心做非直线运动时 , 由于物体有质量 , 质量产生的惯性会强迫物体朝着运动轨迹的切线方向前进 , 惯性力作用到牵引力的相反方向上 , 将物体向外拉扯;运动物体的质量越大、运动速度越快 , 它所产生的惯性力就越大 。
我们坐在一辆高速行驶的车上 , 车转弯时 , 你会感觉到自己被向外甩 , 这是因为身体惯性的作用 , 惯性产生一个向外的虚拟力 , 这个“力”就被称为离心力 。
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惯性速度与向心加速度的关系