כל חפץ, המושלך למעלה, מגיע במוקדם או במאוחר על פני כדור הארץ, בין אם זה אבן, פיסת נייר או נוצה פשוטה. במקביל, לוויין ששוגר לחלל לפני חצי מאה, תחנת חלל או הירח ממשיכים להסתובב במסלוליהם, כאילו לא הושפעו כלל מכוח הכובד של כוכב הלכת שלנו. למה זה קורה? מדוע הירח אינו מאיים ליפול לכדור הארץ, וכדור הארץ אינו נע לכיוון השמש? האם הם לא מושפעים מכוח הכבידה?
מהקורס בפיזיקה של בית הספר, אנחנו יודעים שכבידה אוניברסלית משפיעה על כל גוף חומרי. אז יהיה הגיוני להניח שיש כוח מסוים שמנטרל את השפעת הכבידה. כוח זה נקרא צנטריפוגלי. קל להרגיש את פעולתו על ידי קשירת עומס קטן לקצה אחד של החוט וסיבובו סביב היקפו. במקרה זה, ככל שמהירות הסיבוב גבוהה יותר, מתח החוט חזק יותרככל שנסובב את המטען לאט יותר, כך גדל הסיכוי שהוא ייפול למטה.
לכן, אנחנו קרובים מאוד למושג "מהירות קוסמית". בקצרה, ניתן לתאר זאת כמהירות המאפשרת לכל עצם להתגבר על כוח המשיכה של גוף שמימי. כוכב לכת, הלוויין שלו, מערכת השמש או מערכת אחרת יכולים לפעול כגוף שמימי. לכל עצם שנע במסלול יש מהירות חלל. אגב, גודל וצורת המסלול של עצם חלל תלויים בגודל ובכיוון המהירות שעצם זה קיבל בזמן כיבוי המנועים, ובגובה שבו התרחש אירוע זה.
מהירות החלל היא מארבעה סוגים. הקטן שבהם הוא הראשון. זוהי המהירות הנמוכה ביותר שחייבת להיות חללית כדי שתוכל להיכנס למסלול מעגלי. ניתן לקבוע את ערכו לפי הנוסחה הבאה:
V1=√µ/r, כאשר
µ - קבוע כבידה גיאוצנטרי (µ=39860310(9) m3/s2);
r הוא המרחק מנקודת השיגור למרכז כדור הארץ.
בשל העובדה שצורת כוכב הלכת שלנו אינה כדור מושלם (בקטבים הוא משטח מעט), המרחק מהמרכז אל פני השטח הוא הגדול ביותר בקו המשווה - 6378.1 • 10(3) מ', ולפחות בקטבים - 6356.8 • 10(3) מ'. אם ניקח את הערך הממוצע - 6371 • 10(3) מ', אז נקבל V1 שווה ל-7.91 קמ ש.
ככל שהמהירות הקוסמית תעלה על ערך זה, כך המסלול יגדל יותר, ויתרחק מכדור הארץ עבור כולםמרחק גדול יותר. בשלב מסוים, המסלול הזה ישבר, יקבל צורה של פרבולה, והחללית תעבור לחלל הגלישה. על מנת לעזוב את כדור הארץ, הספינה חייבת להיות בעלת מהירות החלל השנייה. ניתן לחשב אותו באמצעות הנוסחה V2=√2µ/r. עבור הפלנטה שלנו, ערך זה הוא 11.2 ק מ לשנייה.
אסטרונומים קבעו זה מכבר למה שווה המהירות הקוסמית, גם הראשונה וגם השנייה, עבור כל כוכב לכת של המערכת המקומית שלנו. קל לחשב אותם באמצעות הנוסחאות שלעיל, אם נחליף את הקבוע µ במכפלה fM, שבו M היא המסה של הגוף השמימי המעניין, ו-f הוא קבוע הכבידה (f=6.673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
המהירות הקוסמית השלישית תאפשר לכל חללית להתגבר על כוח המשיכה של השמש ולעזוב את מערכת השמש המקומית. אם מחשבים אותו ביחס לשמש, מקבלים ערך של 42.1 קמ"ש. וכדי להיכנס למסלול הקרוב לשמש מכדור הארץ, תצטרך להאיץ ל-16.6 קמ"ש.
ולבסוף, המהירות הקוסמית הרביעית. בעזרתו תוכלו להתגבר על המשיכה של הגלקסיה עצמה. ערכו משתנה בהתאם לקואורדינטות של הגלקסיה. עבור שביל החלב שלנו, ערך זה הוא בערך 550 קמ ש (כאשר מחושב ביחס לשמש).
