第一宇宙速度

定義

第一宇宙速度，指物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度叫做第一宇宙速度（first cosmic velocity）。第一宇宙速度別第一宇宙速度稱：太空飛行器最小發射速度、太空飛行器最大運行速度、環繞速度。而在一些問題中說，當某太空飛行器以第一宇宙速度運行，則說明該太空飛行器是沿著地球表面運行的。按照力學理論可以計算出v1=7.9公里/秒。實際上，地球表面存在稠密的大氣層，太空飛行器不可能貼近地球表面作圓周運動，必需在150千米的飛行高度上，才能繞地球作圓周運動。太空飛行器在距離地面表面數百公里以上的高空運行，地面對太空飛行器引力比在地面時要小，故其速度也略小於v1。在此高度下的環繞速度為7.8千米/秒。推導公式GM=gr2解得v2=gr將R地=6.37×106m，g=9.8 m/s2代入，並開平方，得v≈7.9 km/s

科學原理

在地面上向遠處發射炮彈，炮彈速度越高飛行距離越遠，當炮彈的速度達到“7.9千米/秒”時，炮彈不再落回地面（不考慮大氣作用），而環繞地球作圓周飛行，這就是第一宇宙速度。第一宇宙速度第一宇宙速度也是人造衛星在地面附近繞地球做“勻速圓周運動”所必須具有的速度。但是隨著高度的增加，地球引力下降，環繞地球飛行所需要的飛行速度也降低，所有太空飛行器都是在距地面很高的大氣層外飛行，所以它們的飛行速度都比第一宇宙速度低。人造衛星在地面附近(高度忽略）繞地球做勻速圓周運動時，其軌道半徑近似等於地球半徑R，其向心力為地球對衛星的萬有引力，其向心加速度近似等於地面處的重力加速度。物體所受重力=萬有引力= 太空飛行器沿地球表面作圓周運動時向心力

套用

太空飛行器人類要發射人造地球衛星或發射完成星際航行的飛行器，就要擺脫地球強大的引力，那如何離開地球呢，這第一宇宙速度就要使運載飛行器或人造地球衛星的太空梭或運載火箭的速度要達到宇宙速度，那什麼是宇宙速度呢，它有幾類，以下加以說明：所謂宇宙速度就是從地球表面發射飛行器，飛行器環繞地球、脫離地球和飛出太陽系所需要的最小速度，分別稱為第一、第二、第三宇宙速度。早期，人們在探索航天途徑時，為了估計克服地球引力、太陽引力所需的最小能量，引入了三個宇宙速度的概念。假設地球是一個圓環，周圍也沒有大氣，物體能環繞地球運動的最低的軌道就是半徑與地球半徑相同的圓軌道。這時物體具有的速度是第一宇宙速度，大約為7.9千米/秒。物體在獲得這一水平方向的速度以後，不需要再加動力就可以環繞地球運動。地球上的物體要脫離地球引力成為環繞太陽運動的人造行星，需要的最小速度是第二宇宙速度。第二宇宙速第一宇宙速度度為11.2千米/秒，是第一宇宙速度的√2倍。地面物體獲得這樣的速度即能沿一條拋物線軌道脫離地球。地球上物體飛出太陽系相對地心最小速度稱為第三宇宙速度，它的大小為16.7千米/秒。地面上的物體在充分利用地球公轉速度情況下再獲得這一速度後可沿雙曲線軌道飛離地球。當它到達距地心93萬千米處，便被認為已經脫離地球引力，以後就在太陽的萬有引力的作用下運動。這個物體相對太陽的軌道是一條拋物線，最後會脫離太陽引力場飛出太陽系。一些特殊的軌道速度，如環繞速度、脫離速度，有時也被分別稱為第一、第二宇宙速度。那如何才能使運載火箭或太空梭達到宇宙速度呢，理論和實踐證明，火箭飛行速度決定於火箭發動機的噴氣速度和火箭的質量比。發動機的噴氣速度越高，火箭飛行的速度越高；火箭的質量比越大，火箭飛行能達到的速度越高。火箭的質量比是火箭起飛時的質量(包括推進劑在內的質量)與發動機相關機(熄火)時刻的火箭質量(火箭的結構質量，即淨重)之比。因此，質量比較大，就意味著火箭的結構質量小，所攜帶的推進劑多。火箭可分為單級和多級，多級火箭又可分為串聯、並連聯、串並聯相結合，一般來說，火箭級數越多它的動能越大，但是理論計算和實踐經驗表明，每增加1份有效載荷，火箭需要增加10份以上的質量來承受，隨著火箭級數的增加，使最下面的一級和隨後的幾級變得越來越龐大，以致於無法起飛。多級火箭一般不超過4級。人造衛星例如氣象衛星、勘測衛星、通訊衛星、軍事衛星等。航天飛行器發射無人/載人航天飛行器、星際旅行飛行器、運貨飛船以及空間站。

萬有引力定律

簡介物體間相互作用的一條定律，1687年為牛頓所發現。任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物牛頓體的質量成正比例，而與它們之間的距離的平方成反比。如果用m1.m2表示兩個物體的質量，r表示它們間的距離，則物體間相互吸引F=（Gm1m2）/r²，G稱為萬有引力常數。萬有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中首先提出的。牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規律，而且還指出木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律。他認為月球除了受到地球的引力外，還受到太陽的引力，從而解釋了月球運動中早已發現的二均差、出差等。另外，他還解釋了慧星的運動軌道和地球上的潮汐現象。勒威耶根據萬有引力定律成功地預言並發現了海王星。萬有引力定律出現後，才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎上，從而創立了天體力學。兩物體間引力的大小與兩物體的質量的乘積成正比，與兩物體間距離的平方成反比，而與兩物體的化學本質或物理狀態以及中介物質無關。用公式表示 （G≈6.67×10-11N·m2/kg2） 可以讀成F等於G乘以M1M2與R的平方的商其中：F: 兩個物體之間的引力G: 萬有引力常數m1: 物體1的質量m2: 物體2的質量R: 兩個物體之間的距離

第一宇宙速度歷年演唱過的歌曲

• 2010-12-14歌曲：「Secret Track」
• 2010-12-14歌曲：「SUPERORBITAL」（作詞：すーぱーそに子 作編曲：村上正芳）
• 2010-12-14歌曲：「OVER THE FUTURE」（作詞：すーぱーそに子 作編曲：村上正芳）
• 2010-12-14歌曲：「SUPERORBITAL」（off Vocal.）
• 2010-12-14歌曲：「OVER THE FUTURE」（off Vocal.）
• 2010-12-14歌曲：「SUPERORBITAL Live」