メイン 科学と技術 脱出速度の仕組みと脱出速度の計算方法を学ぶ

脱出速度の仕組みと脱出速度の計算方法を学ぶ

物体が地球などの天体の周りを公転するには、ある程度の速度が必要です。そのような軌道から抜け出すには、さらに大きな速度が必要です。天体物理学者がロケットを設計して他の惑星に移動するか、太陽系から完全に外に移動する場合、地球の回転速度を利用してロケットを加速し、地球の重力の到達範囲を超えて打ち上げます。軌道から脱出するために必要な速度は、脱出速度として知られています。

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脱出速度とは?

ロケット科学や宇宙旅行に適用される脱出速度は、天体 (惑星や星など) の重力軌道から物体 (ロケットなど) が脱出するために必要な速度です。

脱出速度はどのように機能しますか?

軌道速度と同様に、脱出速度は、物体の重心からの距離に基づいて変化します。実際には、ロケットの高度が地球上にあるほど、必要な速度は低くなります。

架空のキャラクターを作成する方法
  • 地球を周回する
  • 地球の重力場から完全に脱出する

通信衛星が常にエネルギーを消費せずに地球を周回できる理由の 1 つは、地球から数マイル離れた高度に存在するためです。対照的に、地球の表面近くを飛行する民間航空機は、空に留まるために常にエネルギーを消費しなければなりません。この同じ原理により、ロケットが地球の近くを飛んでいる場合に比べて、地球の表面から遠く離れたロケットが脱出速度を達成するのに必要なエネルギーは比較的少なくなります。



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脱出速度はどうやって計算するの?

脱出速度は、物体の軌道速度の関数です。特定の高度で軌道を維持するために必要な速度を取得し、それに 2 の平方根 (約 1.414) を掛けると、軌道を脱出するために必要な速度と、その軌道を制御する重力場が導出されます。

人間の宇宙探査のコンテキストで、現在地球を周回している宇宙船を考えてみましょう。エンジンを十分に長く作動させると、最終的には、惑星の重力から逃れながら、宇宙の深部まで飛んでいくのに十分な速さで飛行します。脱出速度と呼ばれるその速度は、単純に 2 の平方根であり、軌道速度よりも 41 パーセント高速です。

地球の脱出速度は?

理論上、地表での脱出速度は毎秒 11.2 km (毎秒 6.96 マイル) です。月面からの脱出速度は、およそ秒速2.4km(1秒あたり1.49マイル)です。



実際のアプリケーションでは、これらの数値はそれほど重要ではありません。ロケットは、表面から直接発射しても地球の重力から逃れることはできません。むしろ、天文学のエンジニアは、最初にこれらのロケットを軌道に送り、次に軌道速度をパチンコとして使用して、ロケットを必要な脱出速度まで推進します。さらに、上記の脱出速度は大気抵抗を考慮していないため、実際には惑星の重力場から脱出するために必要な速度が増加します。これは、ロケット科学者が脱出速度のために砲撃する前に、最初に宇宙船を軌道に乗せたもう 1 つの理由です。

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脱出速度と軌道速度の違いは?

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軌道速度は惑星や恒星などの天体を周回するために必要な速度であり、脱出速度はその軌道を離れるために必要な速度です。軌道速度を維持するには、次のような持続的な速度で移動する必要があります。

  • 天体の回転速度に合わせる
  • 軌道を回る物体を体の表面に引き寄せる重力に対抗するのに十分な速さ

軌道速度は、惑星、星、またはその他の天体の曲面によって可能になります。軌道を回っている物体は直線的に動く傾向がありますが、軌道を回っている物体は曲がっています。このように、軌道物体の一定の曲率は、軌道物体が適切な速度を維持する限り、軌道物体が表面まで落下するのを防ぎます。

宇宙では慣性の原理により、地球上よりも速度を一定に保つことが容易です。アイザック ニュートン卿の慣性の法則の 1 つは、動いている物体は外力が作用しない限り動き続ける傾向があると述べています。地球の大気圏では、飛行物体は多くの空気分子に遭遇し、それらが空を飛行するときにその物体の速度を累積的に遅くします。地球の大気圏を超えて進むと、空気はより真空になり、軌道を回る物体の前進速度に対抗する分子が少なくなります。

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軌道速度の詳細については、こちらの完全ガイドをご覧ください。

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