ความเร็วหลุดพ้น

ในวิชาฟิสิกส์ ความเร็วหลุดพ้น คือ อัตราเร็วที่พลังงานจลน์บวกกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุแล้วมีค่าเป็นศูนย์ ความเร็วหลุดพ้น คือ ความเร็วที่จะพาวัตถุไปได้ไกลจนพ้นจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลกได้พอดี ถ้าต้องการส่งยานอวกาศออกไปให้พ้นจากสนามโน้มถ่วงของโลก ต้องทำให้ยานอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น ความเร็วหลุดพ้นมีค่าประมาณ 11.2 km/s หรือ 40,320 km/h

การวิเคราะห์ของไอแซก นิวตัน เกี่ยวกับความเร็วหลุดพ้น กระสุนปืน A และ B จะตกกลับลงสู่พื้นโลก กระสุนปืน C จะเคลื่อนที่ครบรอบเป็นวงโคจรรูปวงกลม, กระสุนปืน D จะเคลื่อนที่เป็นรูปวงรี กระสุนปืน E จะเคลื่อนที่หลุดพ้นออกไปจากโลก

สำหรับวัตถุทรงกลมสมมาตร ความเร็วหลุดพ้นที่ระยะทางค่าหนึ่งคำนวณได้จากสูตร

${\displaystyle v_{e}={\sqrt {\frac {2GM}{r}}},}$

เมื่อ G คือ ค่าคงที่โน้มถ่วงสากล (the universal gravitational constant) (G = 6.67×10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻²), M คือมวลของดาวเคราะห์, ดวงดาว หรือ วัตถุอื่น ๆ, และ r คือระยะทางจากศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วง

ในสมการนี้แรงเสียดทานในชั้นบรรยากาศ (แรงฉุดของอากาศ) จะไม่ถูกนำมาพิจารณา จรวดนั้นจะสามารถเคลื่อนที่ออกมาจากปล่องแห่งแรงโน้มถ่วง (gravity well) ได้อย่างแท้จริงโดยไม่จำเป็นต้องใช้ความเร็วหลุดพ้นเพื่อการทำเช่นนั้น แต่สามารถบรรลุผลอย่างเดียวกันได้ที่ความเร็วใด ๆ กับโหมดที่เหมาะสมของเครื่องยนต์และเชื้อเพลิงที่เพียงพอ ความเร็วหลุดพ้นจะถูกนำไปประยุกต์ใช้กับแนววิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุในอากาศ (ballistic trajectories) แต่เพียงเท่านั้น

คำว่า ความเร็วหลุดพ้น อันที่จริงแล้วเรามักเรียกชื่อกันผิด ๆ และมันก็มักจะถูกต้องมากขึ้นถ้าจะเรียกว่า อัตราเร็วหลุดพ้น (escape speed) เนื่องจากค่าอัตราเร็วนี้ เป็นปริมาณสเกลาร์ซึ่งมีความเป็นอิสระจากทิศทาง (สมมติว่าดาวเคราะห์ไม่หมุนและไม่สนใจแรงเสียดทานในบรรยากาศหรือผลทางสัมพัทธภาพ)

หมายเหตุ

1. พลังงานศักย์โน้มถ่วงมีค่าเป็นลบเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึงดูดและมีศักยที่ถูกกำหนดให้มีค่าเป็นศูนย์ที่ระยะอนันต์
2. ค่า GM เรียกว่า ตัวแปรโน้มถ่วงมาตรฐาน (the standard gravitational parameter), หรือ μ, และมักจะเป็นที่รู้จักอย่างถูกต้องแม่นยำกว่าค่าทั้ง G หรือ M.

อ้างอิง

1. Khatri, Poudel, Gautam, M.K. , P.R. , A.K. (2010). Principles of Physics. Kathmandu: Ayam Publication. pp. 170, 171. ISBN 9789937903844.CS1 maint: multiple names: authors list (link)

• Roger R. Bate, Donald D. Mueller, and Jerry E. White (1971). Fundamentals of astrodynamics. New York: Dover Publications. ISBN 0-486-60061-0.CS1 maint: multiple names: authors list (link)

ดูเพิ่ม

• วันวิสาข์ตาพทิพย์
• Characteristic energy (C3)
• Delta-v budget - speed needed to perform manoeuvres.
• Gravitational slingshot - a technique for changing trajectory.
• Gravity well
• Two-body problem
• Black hole - an object with an escape velocity greater than the speed of light
• Oberth effect - burning fuel deep in a gravity field gives higher change in velocity.
• Newton's cannonball
• List of artificial objects escaping from the Solar System
• List of artificial objects in heliocentric orbit