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単位のことについて聞きたいのですが、速度を求めたいときに

重力加速度g=9.8m/s^2、半径r=6500km=6,500,000mとおき、

mg=mrω^2

よって、ω^2=g/r
両辺1/2乗し、ω=g^0.5/r^0.5

v=rω=(gr)^1.5=8000m/s=28800km/h

と書いてあるのですが、(gr)^1.5は(gr)^0.5ではないでしょうか?

また、どうも8000m/sという計算過程がわかりません。
とんでもなく大きい数になってしましいます。

ご教示できればありがたいです。

A 回答 (4件)

秒速8kmという値は地球周回軌道に乗るための最低の速度になります。


第1宇宙速度と言われています。
この値を計算する時には軌道半径としては地球の半径を使います。6400kmです。
その距離での引力の大きさが地表での重力になりますからF=mgになります。
万有引力の表現を用いるとmg=GmM/R^2 g=GM/R^2です。
人工衛星の軌道半径をrとするとF=mg(R/r)^2になります。
この問題ではr=6500kmとしています。地上100kmと高さを変えているのですからFの値もmgではなくて上の式に従って変えておく必要があると思います。この場合計算するとg=9.5m/s^2 です。

この時の周回速度はv=√(9.5×6.5)[km/s]です。第1宇宙速度はvo=√(9.8×6.4)[km/s]
ですからv<voです。どちらにしても秒速8kmには変わりがないというのはこの式を出したうえでの計算の結果の話です。(vo=7.9km/sでなくて8km/sでいいのであれば 9.8≒10 とすれば vo=√64=8がでてきます。v≒voであるというのは式を見れば分かります。)
秒速で表した時が有効数字1桁であれば時速に直しても1桁でないとおかしいです。28800km/hという数字は「?」です。時速3万kmです。


こういう扱いを無意識にやっていると静止衛星の問題ではアウトになってしまいます。

第1宇宙速度は地球周回軌道に乗るために必要な最低(打ち上げ)速度です。最低の周回速度ではありません。
周回速度は必ず第1宇宙速度よりも小さいです。
これを混同している人が結構いるようです。注意が必要です。
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計算はできませんが、毎秒8キロメートル位の速度がないと地球周回軌道には乗れないと思います。

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>(gr)^1.5は(gr)^0.5ではないでしょうか?



おっしゃるとおりですね。

>8000m/sという計算過程がわかりません。

v = rω = (gr)^0.5 = √(9.8×6500000) ≒ 8000 [m/s]

ということでしょう。
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>、(gr)^1.5は(gr)^0.5ではないでしょうか?


そうです

>どうも8000m/sという計算過程がわかりません。
単に、9.8と6,500,000を代入して計算するだけですが?
電卓でも出ますよ。

(9.8×6,500,000のルート)
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