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कक्षीय वेग और गुरुत्वाकर्षण कैलकुलेटर

कक्षीय वेग और आवर्तकाल, पलायन वेग, पृष्ठीय गुरुत्व, चंद्रमा या मंगल पर आपका भार, और दो द्रव्यमानों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल।

AI लेखन टूल से मसौदा तैयारअपडेट किया गया जाँचे गए उदाहरण: 8

आज़माएँ
कक्षीय चाल
m/s
कक्षीय चाल: 7,672.62 m/s
सार्थक अंक: 6; निकटतम; बराबर दूरी पर शून्य से दूर
कक्षीय आवर्तकाल
1 h 32 min 24 s / 1.54023h
सतह से ऊँचाई
400km
केंद्र से कक्षा की त्रिज्या
6,771km
उस ऊँचाई से पलायन वेग
10,850.7m/s
गुरुत्वीय प्राचल GM
3.98603 × 10¹⁴m³/s²
G लगभग 100,000 में 2 भाग की परिशुद्धता से ज्ञात है (CODATA 2022), इसलिए दिखाए गए अंतिम एक-दो सार्थक अंक अनिश्चित हैं।

पृथ्वी से 400 km ऊपर की वृत्तीय कक्षा के लिए 7.6726 km/s चाहिए और एक चक्कर में 92.414 मिनट लगते हैं। उपग्रह का द्रव्यमान मायने नहीं रखता।

पृथ्वी के चारों ओर कक्षा, पैमाने पर (km)

7.6726 km/sr = 6,771 km
गणना कैसे होती है S
  1. गुरुत्वीय प्राचल

    GM=(6.67430×10−11)(5.9722×1024)=398,603,000,000,000 m3/s2GM = (6.67430\times10^{-11})(5.9722 \times 10^{24}) = 398{,}603{,}000{,}000{,}000\ \mathrm{m^3/s^2}
  2. केप्लर का तीसरा नियम

    T=2πr3GM=2π(6,771,000)3398,603,000,000,000=5,544.84 s=1.54023 hT = 2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}} = 2\pi\sqrt{\frac{(6{,}771{,}000)^3}{398{,}603{,}000{,}000{,}000}} = 5{,}544.84\ \mathrm{s} = 1.54023\ \mathrm{h}
  3. वृत्तीय कक्षा की चाल

    v=GMr=398,603,000,000,0006,771,000=7,672.62 m/sv = \sqrt{\frac{GM}{r}} = \sqrt{\frac{398{,}603{,}000{,}000{,}000}{6{,}771{,}000}} = 7{,}672.62\ \mathrm{m/s}

कक्षीय वेग और गुरुत्वाकर्षण कैलकुलेटर के बारे में

न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण नियम, F = Gm₁m₂/r², दो द्रव्यमानों के बीच का आकर्षण देता है। द्रव्यमान M वाले पिंड के लिए यही नियम वृत्तीय कक्षा की चाल v = √(GM/r), केप्लर के तीसरे नियम से उसका आवर्तकाल T = 2π√(r³/GM), पलायन वेग √(2GM/r) और पृष्ठीय गुरुत्व GM/R² तय करता है। पृथ्वी, चंद्रमा, मंगल, बृहस्पति या सूर्य चुनें, या कोई भी द्रव्यमान और त्रिज्या दर्ज करें।

डिफ़ॉल्ट, अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन जैसी पृथ्वी से 400 km ऊपर की कक्षा, 7.67 km/s (लगभग 17,200 mph) और प्रति चक्कर 92.4 मिनट देती है। आवर्तकाल में एक नाक्षत्र दिवस, 23.934 घंटे, दर्ज करने पर भूस्थिर त्रिज्या 42,164 km मिलती है।

त्रिज्याएँ NASA की फ़ैक्ट शीट के आयतनी माध्य मान हैं और घूर्णन की उपेक्षा की गई है, इसलिए पृथ्वी का पृष्ठीय गुरुत्व 9.82 m/s² आता है, जो भूमध्य रेखा पर मापे गए 9.78 m/s² और ध्रुवों के 9.83 m/s² के बीच है। कक्षाएँ वृत्तीय और कर्षण-रहित हैं।

कक्षीय वेग कैसे निकालें

यह कैलकुलेटर न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण नियम से चार चीज़ें निकालता है: वृत्तीय कक्षा की चाल और आवर्तकाल, पलायन वेग, पृष्ठीय गुरुत्व (और वहाँ आपका भार), और दो द्रव्यमानों के बीच का गुरुत्वाकर्षण बल। वृत्तीय कक्षा की चाल, यानी कक्षीय वेग (orbital velocity), v = √(GM/r) है, जहाँ r ग्रह के केंद्र से मापी जाती है। डिफ़ॉल्ट में पृथ्वी से 400 km ऊपर, अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन जैसी ऊँचाई पर, r = 6,371 + 400 = 6,771 km और GM = 3.986 × 10¹⁴ m³/s² है, इसलिए v = 7,672.62 m/s, लगभग 7.67 km/s, और एक चक्कर 92.41 मिनट का होता है।

त्रिज्या, ऊँचाई और कक्षीय चाल

सूत्र लगाने से पहले ऊँचाई में पिंड की त्रिज्या जोड़ें: r = R + h। केवल 400 km की ऊँचाई रखने पर 31,567 m/s आता है, जो वास्तविक कक्षीय चाल के चार गुने से भी अधिक है।

उपग्रह का अपना द्रव्यमान कट जाता है, इसलिए एक ही ऊँचाई पर अंतरिक्ष स्टेशन और ढीला बोल्ट एक ही चाल से चलते हैं।

नीची कक्षाएँ तेज़ होती हैं। पृथ्वी की माध्य सतह को छूती कक्षा के लिए 7,909.81 m/s और प्रति चक्कर 84.35 मिनट चाहिए, जबकि भूस्थिर त्रिज्या पर केवल 3,074.67 m/s।

कक्षीय आवर्तकाल और केप्लर का तीसरा नियम

वृत्तीय कक्षा का आवर्तकाल T = 2π√(r³/GM) है। 400 km वाली कक्षा के लिए T = 5,544.8 s, यानी 92.41 मिनट। इससे दिखता है कि T² ∝ r³, जो केप्लर का तीसरा नियम है।

त्रिज्या के लिए हल करने पर r = (GMT²/4π²)^(1/3)। एक नाक्षत्र दिवस (sidereal day), 23.9344696 घंटे, से r = 42,164.2 km मिलता है, जो भूस्थिर (geostationary) त्रिज्या है। वहाँ भूमध्यरेखीय कक्षा में उपग्रह पृथ्वी के घूर्णन के साथ-साथ चलता है और ज़मीन से एक ही जगह टिका दिखता है।

पृथ्वी की 6,371 km की माध्य त्रिज्या घटाने पर 35,793.2 km की ऊँचाई बचती है। आम तौर पर बताया जाने वाला 35,786 km का आँकड़ा इसकी जगह 6,378 km की भूमध्यरेखीय त्रिज्या घटाता है।

OpenStax का उपग्रह कक्षाओं वाला अध्याय दोनों सूत्र उस भीतरी बल से व्युत्पन्न करता है जो वृत्तीय पथ के लिए चाहिए।

पलायन वेग कैसे निकालें

पलायन वेग (escape velocity) v_esc = √(2GM/r) है, उसी त्रिज्या पर वृत्तीय कक्षा की चाल का √2 ≈ 1.414 गुना। पृथ्वी की सतह से यह 11,186 m/s है; 400 km ऊपर से 10,851 m/s।

यह वह चाल है जिस पर बिना आगे के धक्के और बिना वायु-प्रतिरोध के चलती वस्तु कभी वापस नहीं गिरती। असली प्रक्षेपण को इससे अधिक चाहिए, क्योंकि वायु-प्रतिरोध, गुरुत्व हानि और दिशा बदलना ज़रूरत बढ़ाते हैं।

पृष्ठीय गुरुत्व और दूसरे ग्रहों पर भार

पृष्ठीय गुरुत्व g = GM/R² है, और भार द्रव्यमान गुणा g। NASA की ग्रह फ़ैक्ट शीटों के द्रव्यमानों और माध्य त्रिज्याओं के साथ:

  • पृथ्वी: g = 9.820 m/s²; 70 kg के व्यक्ति का भार 687.4 N; पलायन वेग 11,186 m/s
  • चंद्रमा: g = 1.624 m/s²; 70 kg का भार 113.7 N; पलायन वेग 2,376 m/s
  • मंगल: g = 3.728 m/s²; 70 kg का भार 261.0 N; पलायन वेग 5,027 m/s
  • बृहस्पति, अपनी माध्य त्रिज्या पर (उसकी ठोस सतह नहीं है): g = 25.92 m/s²; 70 kg का भार 1,814 N; पलायन वेग 60,202 m/s

द्रव्यमान हर जगह 70 kg ही रहता है; केवल भार बदलता है। चंद्रमा पर पृथ्वी पर अंशांकित तराज़ू वही 70 kg का व्यक्ति 11.6 kg दिखाएगा, क्योंकि ऐसा तराज़ू बल मापता है और उसे पृथ्वी के मानक गुरुत्व 9.80665 m/s² से किलोग्राम में बदलता है। मॉडल हर पिंड को न घूमने वाला गोला मानता है, इसलिए पृथ्वी का मान 9.820 m/s² आता है, मानक गुरुत्व 9.80665 m/s² से थोड़ा अधिक।

दो द्रव्यमानों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल

न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण नियम F = Gm₁m₂/r² है, जहाँ r केंद्र से केंद्र तक मापी जाती है। 1 m दूर रखे 1 kg के दो द्रव्यमान 6.674 × 10⁻¹¹ N से एक-दूसरे को खींचते हैं। 384,400 km दूर पृथ्वी और चंद्रमा एक-दूसरे को 1.98 × 10²⁰ N से खींचते हैं। दोनों बल बराबर और विपरीत हैं, द्रव्यमान कितने भी अलग हों।

G = 6.67430(15) × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻², CODATA 2022 का मान है। यह लगभग 100,000 में 2 भाग तक ज्ञात है, इसलिए किसी भी परिणाम के अंतिम एक-दो सार्थक अंक अनिश्चित हैं, और कैलकुलेटर यह चेतावनी हर परिणाम के साथ दिखाता है।

कक्षा, पलायन और भार के परिणाम

डिफ़ॉल्ट पृथ्वी की 400 km वाली कक्षा है। "नाक्षत्र आवर्तकाल" 23.9344696 घंटे के आवर्तकाल के लिए ऊँचाई निकालता है, "सतह से पलायन" पृथ्वी की सतह से पलायन वेग है, और "चंद्रमा पर भार" चंद्रमा पर 70 kg का द्रव्यमान है।

स्थितिचुना गया परिणाम
डिफ़ॉल्ट7,672.62 m/s
नाक्षत्र आवर्तकाल35,793.2 km ऊँचाई
सतह से पलायन11,186.2 m/s
चंद्रमा पर भार113.699 N

आम ग़लतियाँ

  • भूस्थिर कक्षा के लिए 24 घंटे लेना। नाक्षत्र दिवस 23 h 56 min 4 s का है; 24 घंटे का आवर्तकाल कक्षा को 77 km ऊँचा रख देता है।
  • माध्य और भूमध्यरेखीय त्रिज्या मिलाना। पृथ्वी पर इनमें 7 km का अंतर है, जो सीधे ऊँचाइयों में दिखता है।
  • किलोग्राम को भार कहना। भार न्यूटन में मापा जाने वाला बल है; 70 kg का द्रव्यमान चंद्रमा पर भी 70 kg ही है।
  • r में केवल ऊँचाई रखना। कक्षीय सूत्रों में r हमेशा केंद्र से है, सतह से नहीं।

पिंडों के आँकड़े और इकाइयाँ

  • पृथ्वी, चंद्रमा, मंगल, बृहस्पति और सूर्य के लिए NASA फ़ैक्ट शीट के द्रव्यमान और आयतनी माध्य त्रिज्याएँ ली गई हैं; कस्टम पिंड कोई भी द्रव्यमान और त्रिज्या लेता है।
  • ऊँचाई पिंड की माध्य त्रिज्या से ऊपर मापी जाती है।
  • कक्षीय आवर्तकाल घंटे, मिनट, दिन या सेकंड में दिया जा सकता है।
  • परिणाम km, m/s और N में, या मील, mph और lbf में दिखाए जा सकते हैं।

किसी भी वृत्तीय पथ के पीछे के भीतरी त्वरण के लिए वृत्तीय गति कैलकुलेटर इस्तेमाल करें। ज़मीन के पास की छोटी उड़ानें, जहाँ g स्थिर है, प्रक्षेप्य गति कैलकुलेटर में आती हैं।

हल किए गए उदाहरण

400 km पर ISS जैसी कक्षा

गणना करें
वृत्तीय कक्षा
खगोलीय पिंड
पृथ्वी
ज्ञात राशि
ऊँचाई → चाल और आवर्तकाल
सतह से ऊँचाई
400 km
परिणाम की इकाई
km, m/s, N
कक्षीय चाल
7,672.62 m/s
कक्षीय आवर्तकाल
1.54023 h

जाँच का स्रोत: स्वतंत्र गणना

एक नाक्षत्र दिवस से भूस्थिर ऊँचाई

गणना करें
वृत्तीय कक्षा
खगोलीय पिंड
पृथ्वी
ज्ञात राशि
आवर्तकाल → ऊँचाई
कक्षीय आवर्तकाल
23.9344696 h
परिणाम की इकाई
km, m/s, N
सतह से ऊँचाई
35,793.2 km
कक्षीय चाल
3,074.67 m/s

जाँच का स्रोत: इसमें से 6371 km की माध्य त्रिज्या घटाई गई (35,786 km का आँकड़ा 6378 km की भूमध्यरेखीय त्रिज्या से ऊपर बताया जाता है)

सतह को छूती कक्षा (ऊँचाई 0)

गणना करें
वृत्तीय कक्षा
खगोलीय पिंड
पृथ्वी
ज्ञात राशि
ऊँचाई → चाल और आवर्तकाल
सतह से ऊँचाई
0 km
परिणाम की इकाई
km, m/s, N
कक्षीय चाल
7,909.81 m/s

जाँच का स्रोत: स्वतंत्र गणना

पृथ्वी की सतह से पलायन वेग

गणना करें
पलायन वेग
खगोलीय पिंड
पृथ्वी
सतह से ऊँचाई
0 km
परिणाम की इकाई
km, m/s, N
उस ऊँचाई से पलायन वेग
11,186.2 m/s

जाँच का स्रोत: स्वतंत्र गणना

सवाल

अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पृथ्वी की परिक्रमा कितनी तेज़ी से करता है?

400 km ऊँचाई पर लगभग 7.67 km/s, जो 27,600 km/h या लगभग 17,200 mph है, और एक चक्कर 92.4 मिनट का होता है। चाल केवल पृथ्वी के GM और कक्षा की त्रिज्या (यहाँ 6,771 km) पर निर्भर है, स्टेशन के द्रव्यमान पर नहीं। कक्षा को 410 km तक उठाने से चाल 5.7 m/s घटती है और चक्कर 12 सेकंड लंबा हो जाता है।

पृथ्वी का पलायन वेग क्या है?

सतह से 11.186 km/s, लगभग 40,270 km/h, जो NASA की पृथ्वी फ़ैक्ट शीट में दिया गया आँकड़ा है। यह वह चाल है जिस पर बिना इंजन वाली वस्तु कभी वापस नहीं गिरती (वायु-प्रतिरोध की उपेक्षा करके), और यह कंकड़ और रॉकेट दोनों के लिए एक ही है। चंद्रमा का पलायन वेग 2.38 km/s, मंगल का 5.03 km/s और बृहस्पति का लगभग 60 km/s है। 400 km ऊपर से यह घटकर 10.85 km/s रह जाता है।

पलायन वेग कक्षीय वेग का √2 गुना क्यों होता है?

पलायन के लिए उसी ऊँचाई पर वृत्तीय कक्षा की दोगुनी गतिज ऊर्जा चाहिए। वृत्तीय कक्षा में गतिज ऊर्जा GMm/2r है; अनंत तक पहुँचने के लिए GMm/r चाहिए, जो विभव कूप की पूरी गहराई है। गतिज ऊर्जा दोगुनी करने से चाल √2 ≈ 1.414 गुनी होती है, इसलिए पृथ्वी से 400 km ऊपर 7.67 km/s की कक्षीय चाल 10.85 km/s का पलायन वेग बन जाती है।

भूस्थिर कक्षा कितनी ऊँची होती है?

भूमध्य रेखा से 35,786 km ऊपर, यानी पृथ्वी के केंद्र से 42,164 km की त्रिज्या। उस त्रिज्या पर केप्लर का तीसरा नियम एक नाक्षत्र दिवस, 23 h 56 min 4 s, का आवर्तकाल देता है, इसलिए उपग्रह पृथ्वी के घूर्णन के साथ चलता है। यहाँ वह आवर्तकाल दर्ज करने पर वही त्रिज्या और 35,793 km की ऊँचाई मिलती है, क्योंकि कैलकुलेटर 6,378 km की भूमध्यरेखीय त्रिज्या के बजाय 6,371 km की माध्य त्रिज्या घटाता है।

चंद्रमा या मंगल पर मेरा भार कितना होगा?

चंद्रमा पर आपके पृथ्वी वाले भार का लगभग 16.6% और मंगल पर 38%। NASA की माध्य त्रिज्याओं से पृष्ठीय गुरुत्व GM/R² चंद्रमा पर 1.62 m/s² और मंगल पर 3.73 m/s² है, जबकि पृथ्वी के लिए परिभाषित मानक गुरुत्व 9.80665 m/s² है। 70 kg के व्यक्ति का भार चंद्रमा पर 113.7 N है, जिसे पृथ्वी पर अंशांकित तराज़ू 11.6 kg दिखाएगा।

इस कैलकुलेटर के बारे में

F=Gm1m2r2,v=GMr,T=2πr3GM,vesc=2GMr,g=GMR2F = \frac{Gm_1m_2}{r^2},\quad v = \sqrt{\frac{GM}{r}},\quad T = 2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}},\quad v_{\text{esc}} = \sqrt{\frac{2GM}{r}},\quad g = \frac{GM}{R^2}

स्रोत

  1. OpenStax University Physics Volume 1, ch. 13 Gravitation (§13.5 Satellite orbits, §13.3 Escape velocity)
  2. CODATA 2022 — Newtonian constant of gravitation G = 6.67430(15) × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻²
  3. NASA Planetary Fact Sheets (mass, volumetric mean radius)

संदर्भों से जाँच की गई

इस कैलकुलेटर में स्वतंत्र स्रोतों के उत्तरों वाले 8 हल किए गए उदाहरण शामिल हैं। ये परीक्षण समूह में चलते हैं और आप इन्हें यहाँ भी चला सकते हैं।

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