力学 2020. 11. 22 [mathjax] 定義 以下の計算で使うので先に書いておきます。 $r$:地球と物体の距離 $G$:万有引力定数 $M$:地球の質量 $m$:物体の質量 第一宇宙速度 第一宇宙速度とは、地球の円軌道に乗るために必要な速度。第一宇宙速度より大きい速度であれば、地球の周りを衛星のように地球に落ちることなく回る。 計算 遠心力と重力(万有引力)のつりあいの式を立てる。 $m\displaystyle\frac{v^2}{r}=G\displaystyle\frac{Mm}{r^2}$ これを解くと、 $v=\sqrt{\displaystyle\frac{GM}{r}}$ 具体的に地表での値を代入すると、$v\simeq 7. 人工衛星 ■わかりやすい高校物理の部屋■. 9 (km/s)$となる。 第二宇宙速度 第二宇宙速度とは、地球の重力から脱出するために必要な速度。 計算 重力による位置エネルギーと脱出するための運動エネルギーが等しいとして計算する。 $\displaystyle\frac{1}{2}mv^2-G\displaystyle\frac{Mm}{r}=0$ これを解くと、 $v=\sqrt{\displaystyle\frac{2GM}{r}}$ 具体的に値を代入すると、$v\simeq 11. 2 (km/s)$となる。 第三宇宙速度 第三宇宙速度とは、太陽系を脱出するために必要な速度。 計算 太陽の公転軌道から脱出するには上と同様の考えで$v_{E}$が必要。($R$は地球太陽間の公転距離、$M_{s}$は太陽質量) $v_{s}=\sqrt{\displaystyle\frac{2GM_{s}}{R}}$ 地球の公転速度を差し引く必要があるのでそれを求めると(つり合いから求める) $v_{E}=\sqrt{\displaystyle\frac{GM_{s}}{R}}$ よって相対速度は、$V=v_{s}-v_{E}$ $\displaystyle\frac{1}{2}mv^2-G\displaystyle\frac{Mm}{r}=\displaystyle\frac{1}{2}mV^2$ $v=\sqrt{\displaystyle\frac{2GM}{r}+\biggl(\sqrt{\displaystyle\frac{2GM_{s}}{R}}-\sqrt{\displaystyle\frac{GM_{s}}{R}}\biggr)^2}$ である。 具体的に値を代入すると、$v\simeq 16.
9 km/s (= 28, 400 km/h) である。地表において、ある物体にある初速度を与えたと仮定した場合、その速度がこの速度未満の場合はどのように打ち出したとしても、 弾道飛行 [1] の後に、地球の地表に戻ってしまう。逆に、これを越えて [2] (第二宇宙速度未満で) 水平 に打ち出した場合、その地点を近地点とする 楕円軌道 に投入される。 第二宇宙速度(地球脱出速度) [ 編集] 第二宇宙速度とは、 地球 の 重力 を振り切るために必要な、地表における初速度である。約 11. 2 km/s(40, 300 km/h)で、第一宇宙速度の 倍である。地球から打ち上げる 宇宙機 を、深 宇宙探査機 などのように太陽を回る 人工惑星 にするためには第二宇宙速度が必要である。地球の重力圏を脱出するという意味で 地球脱出速度 とも呼ばれる。 第三宇宙速度(太陽系脱出速度) [ 編集] 第三宇宙速度とは、第二宇宙速度と同様の考え方で地球軌道・地表においてある初速度を与えたとして、 地球 さらには 太陽 の 重力 を振り切るために必要な速度で、約 16.
9 ≒ 1. 41×7. 9 ≒ 11 km/s です。 この速さ以上で大砲を撃てば、砲弾は地球の引力を振り切って遥か彼方まで飛んでいきます。上で挙げた数値の例でいいますと、運動エネルギーと位置エネルギーの和が -250J とか -280J ではなく 0J とか 10J とか プラスになった 状態です。 ちなみに、人工衛星は地球の引力を振り切って脱出すると、今度は太陽の引力に捕まって太陽の周りを回り出します。すると「人工衛星」という名前でなくなり「人工惑星」という呼び名に変わります。恒星(太陽)の周りを回るのが 惑星 で、惑星の周りを回るのが 衛星 です。人工衛星と人工惑星を総称して「人工天体」と呼びます。 また、第1宇宙速度、第2宇宙速度の他に 第3宇宙速度 というものもあります。
これでわかる!
第一宇宙速度 とは、 地球の重力に負けて落ちてこないように 物を投げるのに必要な最低限の速度のことです。 第二宇宙速度 とは、 地球の重力を振り切ってどこまでも遠くに飛んでいくように 物を投げるのに必要な最低限の速度のことです。 第一宇宙速度と第二宇宙速度について、意味や計算式の導出方法を解説します。 第一宇宙速度とは 第一宇宙速度とは、 地球の重力に負けて落ちてこないように 物を投げるのに必要な最低限の速度のことです。 地球上の表面(海抜0メートル)で物を投げる(例えば、ロケットを打ち出す)と、普通は重力によって落ちてきます。 しかし、ある速さ以上で物を投げると、落ちてきません。具体的には、 秒速 $7. 9\:\mathrm{km}$(時速 $28400\:\mathrm{km}$) 以上の速さで物を水平方向に投げると、地球上の表面を周り続けて、落ちてきません(※)。この限界ギリギリの速度(秒速およそ $7. 【高校物理】「第一宇宙速度」(練習編) | 映像授業のTry IT (トライイット). 9\:\mathrm{km}$)のことを、第一宇宙速度と言います。 ※宇宙速度について考えるときは、一般的に空気抵抗を無視して考えます。このページでも空気抵抗は無視しています。 第二宇宙速度とは 第二宇宙速度とは、 地球の重力を振り切ってどこまでも遠くに飛んでいくように 物を投げるのに必要な最低限の速度のことです。 第一宇宙速度より速い速さで物を投げると、地球に戻ってきませんが、地球のまわりを楕円を描くようにぐるぐる回る場合もあります。 しかし、さらに速い速さで物を投げると、地球からどこまでも遠くに飛んでいきます。この状況を「地球の重力を振り切る」と言うことにします。具体的には、 秒速 $11. 2\:\mathrm{km}$(時速 $40300\:\mathrm{km}$) 以上の速さで物を投げると、地球の重力を振り切ります。この限界ギリギリの速度(秒速およそ $11. 2\:\mathrm{km}$)のことを、第二宇宙速度と言います。 第一宇宙速度の計算式 第一宇宙速度は、 $v_1=\sqrt{\dfrac{GM}{R}}$ という計算式で得ることができます。 ただし、$G$ は万有引力定数、$M$ は地球の質量、$R$ は地球の半径です。 第一宇宙速度の計算式の導出: 投げる物体の質量を $m$ とします。 第一宇宙速度で打ち出された物体は、地球の表面ギリギリを等速円運動します。 円運動するときに加わる遠心力は、 $m\dfrac{v_1^2}{R}$ です。 遠心力の意味と計算する3つの公式【証明つき】 一方、地球による重力の大きさは、 $\dfrac{GMm}{R^2}$ です。 この2つの力が釣り合うので、 $m\dfrac{v_1^2}{R}=\dfrac{GMm}{R^2}$ が成立します。 これを $v_1$ について解くと、$v_1=\sqrt{\dfrac{GM}{R}}$ が分かります。実際に、$G, M, R$ の値を入れて計算すると、$v_2\fallingdotseq 7.
8[m/s 2]、R=6. 4×10 6 [m]なので、 v ≒ √(9. 8×6. 4×10 6) ≒ 7. 9×10 3 [m/s] 以上が第一宇宙速度の求め方です。 およそ7. 9×10 3 [m/s]で人工衛星が地球の周りを回ると、人工衛星は地球(地表)スレスレになるということですね。 ちなみに、地球一周は約4万[km]なので、4万[km]を7. 9×10 3 [m/s]で割ると、約1. 4時間になります。 つまり、 第一宇宙速度で人工衛星が地球の周りを回っているとすると、約1. 第一宇宙速度の求め方がイラストで誰でも5分で理解できる記事！｜高校生向け受験応援メディア「受験のミカタ」. 4時間で地球を一周する ということですね。 3:第二宇宙速度との違いは? 最後に、よくある疑問としてあげられる第二宇宙速度との違いについて解説します。 人工衛星が地球の周りをグルグル回るには、ある程度の速さが必要なことは理解できたと思います。 しかし、 人工衛星があまりに速すぎると、人工衛星は地球の周りを回るどころか、地球の引力圏を脱出して人工惑星となってしまいます。 第二宇宙速度とは、人工惑星が人工惑星となるために地球上で与えないといけない初速度の最小値のこと です。 第二宇宙速度をもっと深く学習したい人は、 第二宇宙速度について詳しく解説した記事 をご覧ください。 第一宇宙速度のまとめ いかがでしたか? 第一宇宙速度とは何か・求め方・第二宇宙速度との違いが理解できましたか? 繰り返しになりますが、 第一宇宙速度とは、人工惑星が地球(地表)スレスレに回る時の速さのこと です! 高校物理の分野でも重要な事柄の1つなので、第一宇宙速度は必ず覚えておきましょう! アンケートにご協力ください!【外部検定利用入試に関するアンケート】 ※アンケート実施期間:2021年1月13日~ 受験のミカタでは、読者の皆様により有益な情報を届けるため、中高生の学習事情についてのアンケート調査を行っています。今回はアンケートに答えてくれた方から 10名様に500円分の図書カードをプレゼント いたします。 受験生の勉強に役立つLINEスタンプ発売中! 最新情報を受け取ろう! 受験のミカタから最新の受験情報を配信中! この記事の執筆者 ニックネーム:やっすん 早稲田大学商学部4年 得意科目:数学
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