Tốc độ cao bao nhiêu mới thoát khỏi sức hút của Trái đất?
Trên mặt đất, dù ta ném bất cứ vật gì lên trời, cuối cùng nó cũng rơi trở lại. Dù lực ném mạnh đến đâu, vật ấy nhiều nhất cũng chỉ bay theo một đường vòng cung rồi lại rơi xuống đất. Viên đạn bắn lên không cũng vậy, cuối cùng vẫn rơi xuống.
Đó là vì Trái Đất có sức hút đối với mọi vật. Bất cứ vật nào quanh ta cũng không thoát khỏi sức hút của Trái Đất.
Vệ tinh nhân tạo đã bay ra khỏi mặt đất, vậy nó tránh sức hút của Trái Đất bằng cách nào? Đó là vì các nhà khoa học đã trao cho vệ tinh một tốc độ cực lớn. Muốn trả lời cần đạt tốc độ bao nhiêu để thoát khỏi sức hút Trái Đất, trước hết hãy nói đến lực ly tâm. Mọi người đều biết giữa Trái Đất và Mặt Trăng có lực hấp dẫn. Vậy vì sao Mặt Trăng không rơi vào Trái Đất? Nguyên nhân là khi quay quanh Trái Đất, Mặt Trăng sinh ra lực ly tâm. Lực ly tâm này đủ để chống lại sức hút của Trái Đất, nên Mặt Trăng vẫn bay lơ lửng trong không gian mà không rơi xuống.
Vì vậy, muốn phóng vệ tinh nhân tạo bay quanh Trái Đất mà không rơi xuống, phải làm cho lực ly tâm của nó cân bằng với sức hút Trái Đất.
Các nhà khoa học đã tính toán rằng độ lớn của lực ly tâm tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ chuyển động tròn. Dựa vào đó, người ta tính được muốn vật thể không rơi vào Trái Đất thì phải có tốc độ 7,9 km/s. Nghĩa là nếu vật thể đạt tốc độ 7,9 km/s, nó sẽ mãi bay quanh Trái Đất mà không rơi xuống nữa. Tốc độ này được gọi là tốc độ vũ trụ cấp một, cũng là tốc độ bay vòng quanh Trái Đất. 7,9 km/s là tốc độ rất lớn. Âm thanh truyền trong không khí với tốc độ 334 m/s; tàu hỏa dù chạy rất nhanh cũng chỉ đi được khoảng 20 m mỗi giây. Chính vì tốc độ vũ trụ cấp một quá lớn nên trước khi phát minh tên lửa hiện đại, con người chưa thể thực hiện giấc mơ phóng vệ tinh nhân tạo.
Nếu tốc độ vật thể vượt quá 7,9 km/s thì sẽ thế nào? Qua tính toán và thí nghiệm, con người biết rằng quỹ đạo chuyển động khi ấy không còn là hình tròn mà là hình elip. Tốc độ càng lớn, hình elip càng dẹt. Khi tốc độ đạt 11,2 km/s, hình elip sẽ không khép kín nữa; vật thể sẽ vượt khỏi sự ràng buộc của Trái Đất và bay vào không gian giữa các vì sao. Vì vậy, tốc độ 11,2 km/s được gọi là tốc độ vũ trụ cấp hai, cũng là tốc độ thoát khỏi sức hút Trái Đất. Muốn bay lên Mặt Trăng hoặc đến các hành tinh khác, con người phải đạt tốc độ này.
Nhưng vật thể đạt tốc độ vũ trụ cấp hai vẫn chưa thoát khỏi sự khống chế của Mặt Trời. Muốn du hành ra khỏi hệ Mặt Trời, phải đạt tốc độ vũ trụ cấp ba là 16,7 km/s. Vậy tốc độ để thoát khỏi hệ Ngân hà là bao nhiêu? Các nhà khoa học tính toán là khoảng 110 - 120 km/s, gọi là tốc độ vũ trụ cấp bốn. Đó sẽ là ước mơ và mục tiêu cho các chuyến du hành vũ trụ trong tương lai.
