Wyprowadź wzór na pierwszą prędkość kosmiczną (prędkość kołową) i oblicz jej wartość dla Ziemi.

Masa Ziemi M=6⋅10^24 kg, a jej promień R=6,37⋅103 km.



Odpowiedź :

Wartość I prędkości kosmicznej dla Ziemi wynosi:

[tex]v_I\approx7,8\frac{km}{s}[/tex]

Pierwsza prędkość kosmiczna.

Pierwsza prędkość kosmiczna to prędkość jaką należy nadać ciału oby mogło krążyć wokół planety po orbicie kołowej.

Aby naddać ciału taką prędkość musi być spełniony warunek:

[tex]F_d=F[/tex]

gdzie :

[tex]F_d=\frac{mv^2}{R}[/tex]   → siła dośrodkowa

[tex]F=\frac{GmM}{R^2}[/tex] → siła grawitacji

Wyprowadzamy wzór na I prędkość kosmiczną:

[tex]F_d=F[/tex]

[tex]\frac{mv^2}{R}=\frac{GmM}{R^2}/*\frac{R}{m}[/tex]

[tex]v^2=\frac{GM}{R}[/tex]

[tex]v=\sqrt{\frac{GM}{R} }[/tex]

Obliczamy I prędkość kosmiczną dla Ziemi.

[tex]v=\sqrt{\frac{GM_Z}{R_Z} }[/tex]

gdzie:

[tex]M_Z=6*10^2^4kg[/tex] → masa Ziemi

[tex]R_Z=6,37*10^3km=6,37*10^6m[/tex]  → promień Ziemi

[tex]G=6,67*10^-^1^1\frac{N*m^2}{kg^2}[/tex]  → stała grawitacji

[tex]v=\sqrt{\frac{6,67*10^-^1^1\frac{N*m^2}{kg^2}*6*10^2^4kg }{6,37*10^6m} }[/tex]

[tex]v=\sqrt{\frac{40,02*10^1^3\frac{N*m^2}{kg} }{6,37*10^6m} }[/tex]

[tex]v=\sqrt{6,28*10^7\frac{N*m^2}{kg}*\frac{1}{m} }[/tex]

[tex]v\approx7,92*10^3\sqrt{\frac{kg*\frac{m}{s^2}*m }{kg} }[/tex]

[tex]v\approx7,9\frac{km}{s}[/tex]