Khi bạn đá quả bóng hay bắn viên đạn lên trời, dù cao đến đâu, rồi chúng cũng rơi xuống đất. Tại sao chúng không lên cao mãi và “đi luôn” nhỉ? Đơn giản là tất cả các vật thể quanh Trái đất đều không thể “chạy trốn” khỏi sức hút của nó?
Vậy mà các vệ tinh nhân tạo và phi thuyền không gian vẫn có thể bay quanh Trái đất rất nhiều ngày mà không bị rơi?
Muốn giải thích điều này, trước tiên chúng ta hãy làm một thí nghiệm đơn giản: Buộc một vật nặng vào đầu dây, cầm chắc đầu kia sợi dây và quay mạnh. Tay bạn sẽ cảm thấy có một lực kéo căng ra các phía. Tốc độ quay càng nhanh, lực kéo đi ra càng mạnh. Lực kéo đó gọi là lực ly tâm. Một lực khác của sợi dây giữ chặt vật nặng và bắt nó quay tròn, gọi là lực hướng tâm.
Lực ly tâm và lực hướng tâm tuy ngược nhau nhưng cân bằng và tác động vào hai vật thể (sợi dây và vật nặng). Mọi vật khi chuyển động tròn đều bị tác động của lực hướng tâm.
11,2 km / giây mới thắng sức hút Trái đất
Khi bay, vệ tinh nhân tạo cũng chịu tác dụng của lực hướng tâm cần thiết không đủ lớn, thì sức hút này không những buộc vệ tinh nhân tạo phải bay quanh mà còn kéo nó trở lại Trái đất.
Chỉ khi vệ tinh nhân tạo bay với tốc độ cực lớn, đến mức lực hướng tâm hoàn toàn dùng vào chuyển động tròn của vệ tinh thì nó mới không bị rơi. Theo tính toán khoa học, để khả năng này không xảy ra, vệ tinh nhân tạo phải đạt tốc độ 7,8 km / giây và phải bay theo hướng ném văng ra khỏi mặt nước. Tốc độ này được gọi là “tốc độ vũ trụ 1”.
Tuy vậy, ngay cả ở tốc độ này, do gặp phải lớp không khí mỏng ngoài Trái đất, vệ tinh sẽ chuyển động chậm dần và cuối cùng rơi vào tầng khí quyển đậm đặc, cọ sát nóng lên và bốc cháy.
Để khắc phục hiện tượng đó và “thoát ly” khỏi Trái đất, vệ tinh phải đạt tốc độ 11,2 km / giây, khi đó nó sẽ trở thành vệ tinh nhân tạo. Tốc độ này còn gọi là “tốc độ thoát ly” hoặc “tốc độ vũ trụ 2”.
Nếu muốn bay tới các hành tinh khác, vệ tinh cần đạt tốc độ 16,7 km/giây. Tốc độ này là “tốc độ vũ trụ 3”.