ボールを空中に投げても、なぜ大気圏を通過して宇宙に飛ばないのですか?これは、重力によって下に引っ張られるためです。では、ロケットはどのようにして宇宙に行くのでしょうか?高速で移動しているため、宇宙に飛び出すことができます。これを脱出速度と呼びます。惑星やその自然衛星 (私たちにとっては月) などの天体の脱出速度は、天体の重力の影響範囲 (引く、押す、または引力) を離れるためにオブジェクトが達成しなければならない最低速度です。システムの重力位置エネルギーと運動エネルギーの合計は、この速度でゼロに等しくなります。
脱出速度とは?
天文学および宇宙研究では、脱出速度は、物体が追加の加速なしで引力の重心から脱出するために必要な速度です。脱出速度は高度とともに減少し、同じ高さで円軌道を維持するために必要な速度の 2 倍の平方根に等しくなります。地球の表面で空気抵抗を無視すると、脱出速度は秒速約 11.2 キロメートルになります。その表面では、質量の小さい月からの脱出速度は秒速約 2.4 キロメートルです。惑星 (または衛星) は、その脱出速度が大気を構成するガス分子の平均速度に近い場合、大気を長く維持することはできません。
たとえば、宇宙船が地表から脱出する場合、地表に落下することなく、毎秒 7 マイル、または時速約 25,000 マイルの速度で移動する必要があります。
脱出速度の方程式
脱出速度方程式は、物体の運動エネルギーを質量 m と等しくし、速度 v で同じ物体の重力ポテンシャル エネルギーを移動することによって計算されます。
ここで、G =重力定数、M =脱出した物体の質量、r =質量の中心からの距離
地球の脱出速度
重力による加速度、g =9.8 m/s
地球の半径、R =6.4×10m
地球の脱出速度 ve =11.2 km/s
地表では、地球の脱出速度は約 11.2 km/s です。これは、地球の重力を逃れて無限の宇宙に行くには、オブジェクトの開始速度が少なくとも 11.2 km/s である必要があることを示しています。
惑星の引力から逃れるために必要な最小速度は、脱出速度と呼ばれます。
たとえば、地球を大きな物体とすると、脱出速度は、物体が地球の重力場に打ち勝ち、後退することなく無限に飛ぶために達成しなければならない最小速度です。
これは、ラージ ボディからのオブジェクトの距離と、ラージ ボディの質量によって決まります。質量が大きいほど高くなります。同様に、距離が長くなるほど、脱出速度も速くなります。
月の脱出速度
質量の大きい惑星は、質量の小さい惑星よりも脱出が困難です。これは、惑星の質量が大きいほど引力が強くなるためです。宇宙飛行士が月面でジャンプしている画像を見ると、単純に見えます。これは、月の質量が地球よりも大幅に小さい (したがって重力が小さい) ためです。ここで、地球の表面からの脱出速度を計算するためにいくつかの値を入れてみましょう。月の質量 1.74×10 kg を M として使用します。
月の表面からの脱出速度を計算しているため、月の半径 1.74×10 m を使用できます。
脱出速度の公式を使って計算すると、月の脱出速度は =1.68×10 m/秒
結論
目に見えない力は、地球上にあるすべての物体に地球によって適用され、その力は重力として知られています.しかし、ある物体が宇宙に移動しなければならない場合、それは地球の大気を離れることができる速度で移動する必要があります.さらに、これは木星、水星などの他の惑星や月にも当てはまります。この記事では、脱出速度の方程式についても知っていますが、その方程式を使用して、他の惑星の脱出速度を計算できます。この記事がお役に立てば幸いです。
