Prędkość kosmiczna: czym jest i do czego służą poszczególne prędkości kosmiczne?

Prędkość kosmiczna to prędkość początkowa, jaką trzeba nadać obiektowi, by pokonał on grawitację ciała niebieskiego. Istnieje kilka prędkości kosmicznych, o czym uczniowie dowiadują się w szkole podstawowej na lekcjach fizyki. Do czego one służą?

Prędkość kosmiczna, jej rodzaje i obliczanie wzorów to jedne z ważniejszych modułów, które muszą opanować uczniowie na lekcji fizyki w szkole podstawowej. Aby zrozumieć, czym właściwie jest prędkość kosmiczna, należy wiedzieć, jak działa grawitacja i czym są ciała niebieskie.

Spis treści

1. Co to jest prędkość kosmiczna?
2. Po co nam wiedza o prędkościach kosmicznych?
3. Ile jest prędkości kosmicznych?
4. Pierwsza prędkość kosmiczna
5. Druga prędkość kosmiczna
6. Trzecia prędkość kosmiczna
7. Czwarta prędkość kosmiczna

Co to jest prędkość kosmiczna?

Prędkość kosmiczna to prędkość początkowa, jaką musi rozwinąć obiekt, by mógł pokonać grawitację ciała niebieskiego (np. Ziemi) i oddalić się od niego. Obliczenia prędkości kosmicznej wykonuje się, zakładając, że po drodze dany obiekt nie spotka żadnego innego ciała niebieskiego i nie natrafi na jego opór.

Po co nam wiedza o prędkościach kosmicznych?

Bez wiedzy na temat prędkości kosmicznych ludzie nie mogliby nawet marzyć o podróżach w kosmos lub o wysyłaniu tam satelitów. Już w XVII wieku Jan Kepler głośno postulował, że człowiek ma możliwość polecieć na Księżyc. Marzenia te ziściły się jednak dopiero kilkaset lat później, gdy w 1969 roku załoga Apollo 11 wylądowała na jego powierzchni, dokonując przełomowego wyczynu dla całej historii świata.

Aby lądowanie to doszło do skutku, naukowcy musieli dowiedzieć się i przeanalizować, jakie siły działają w kosmosie i jakie należy pokonać bariery, by móc dotrzeć na Księżyc. Podstawową z nich jest grawitacja, siła odśrodkowa Ziemi, która sprawia, że wszystkie obiekty przylegają do jej powierzchni. Aby można było pokonać siłę grawitacyjną, oderwać się od powierzchni Ziemi i nie spaść na nią, należy nadać obiektowi prędkość. Na takiej zasadzie startują samoloty i rakiety kosmiczne — ta prędkość to właśnie prędkość kosmiczna.

Ile jest prędkości kosmicznych?

Wyróżnia się cztery prędkości kosmiczne. Dlaczego?

1. Pierwsza prędkość kosmiczna określa minimalną prędkość, by obiekt mógł pokonać siłę grawitacyjną
2. Druga prędkość kosmiczna określa minimalną prędkość, by obiekt mógł oddalić się od Ziemi
3. Trzecia prędkość kosmiczna określa minimalną prędkość, by obiekt mógł oddalić się od Słońca
4. Czwarta prędkość kosmiczna określa minimalną prędkość, by obiekt mógł uniknąć przyciągania galaktyki

Pierwsza prędkość kosmiczna

Pierwsza prędkość kosmiczna to minimalna prędkość, dzięki której obiekt może pokonać grawitację i poruszać się po zamkniętej orbicie. Może ona mieć różną wartość, co jest uzależnione od masy obiektu. W okolicy Ziemi pierwsza prędkość kosmiczna wynosi około 7,9 km/s.

Druga prędkość kosmiczna

Druga prędkość kosmiczna to minimalna prędkość, dzięki której obiekt może opuścić Ziemię i poruszać się swobodnym ruchem w przestrzeni. Tor ruchu obiektu staje się wtedy krzywą otwartą. Druga prędkość kosmiczna dla Ziemi jest równa 11,2 km/s.

Trzecia prędkość kosmiczna

Trzecia prędkość kosmiczna to minimalna prędkość, która jest potrzebna do oddalenia się od Słońca i opuszczenia Układu Słonecznego. Dla powierzchni Ziemi jest ona równa 42,1 km/s. 

Czwarta prędkość kosmiczna

Czwarta prędkość kosmiczna to minimalna prędkość, która pozwoli opuścić na zawsze galaktykę. W okolicy Słońca wynosi ona 350 km/s.

Co ciekawe, człowiekowi udało się stworzyć obiekty, które oddaliły się od Słońca na odległość większą niż najdalej znajdująca się planeta w Układzie Słonecznym. Niektórzy marzą o wysłaniu w kosmos obiektu, który przekroczyłby granicę Wszechświata. Na razie jednak nie jest możliwe oszacowanie potencjalnej minimalnej prędkości, która pozwoliłaby zrealizować tak fantazyjne pragnienia.

Czytaj: Rok świetlny — co to znaczy i ile rok świetlny ma lat?