第二宇宙速度推导过程,第三宇宙速度是怎样推导的

首页 > 实用技巧 > 作者:YD1662024-02-28 05:24:30

书接上回,罗伯特.卡洛斯踢出的足球成为地球卫星之后,他很兴奋。但是他还想踢的再快一点。尝试了数次之后,他惊讶的发现足球和地球似乎失去了联系。怎么回事?我们前天提到的史瓦西半径也会在今天将它的庐山真面目呈现出来。

第二宇宙速度推导过程,第三宇宙速度是怎样推导的(1)

我们还是假设足球的质量为m,它踢出的速度为V2,则它具有的动能为m(V2的平方)/2。由于零势能面可以任意选取,我们选距离地球无穷远的地方为零势能面。借助一点点微积分的知识,我们可以知道地面上足球的引力势能为负的GmM/R,其中M为地球质量,R为地球半径。所以地面上足球此时具有的能量m(V2的平方)/2 (-GMm/R)。当足球摆脱地球引力时,也就是说足球已经到了离地球无穷远的地方,也就是说到达了零势能面。根据能量守恒定律,我们不难知道m(V2的平方)/2 (-GMm/R)=m(V的平方)/2,其中V是零势能面时足球的速度。

不难看出,足球要想彻底离开地球的束缚所需要的最小踢出速度应该是V等于零的时候,也就是在零势能面时动能势能为零的时候。此时,V2=根号下2GM/R,恰好是第一宇宙速度的根号2倍。即11.2千米/秒。

而史瓦西半径就是利用第二宇宙速度的推导,因为V2的最大速度为光速c,所以史瓦西半径R等于2GM/(c的平方)。当然也有人踢出这种计算方法忽略相对论中的能量计算,史瓦西半径应该是GM/(c的平方)。到底是哪种,或者有没有更加准确的黑洞半径计算方法,笔者不得而知。那什么是第三宇宙速度呢?我们下节分解。

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