關於第一宇宙速度的推導：
預備知識：
機械能守恆定律：封閉系統內機械能不變，機械能為動能與勢能之和。
動能：mv²/2
引力勢能：-Gm₁m₂/r
向心力大小：F=mv²/r
萬有引力大小：F=Gm₁m₂/r²
現假設一飛船以v₁的速度自地球表面發射，後於高度為h除繞地以v的速度飛行，設飛船質量為m，地球質量為M，地球半徑為R，則飛船初動能為：
mv₁²/2
末動能為：
mv²/2
系統初引力勢能為：
-GMm/R
末引力勢能為：
-GMm/(R+h)
故由機械能守恆定律，得
E=(mv₁²/2)-(GMm/R)
=(mv²/2)-(GMm/(R+h))
化簡上式，兩邊同乘2/m
v₁²-(2GM/R)=v²-(2GM/(R+h))
移項
v₁²=v²+(2GM/R)-(2GM/(R+h))
化簡分式
v₁²=v²+(2GMR+2GMh)/R(R+h)
-2GMR/R(R+h)
v₁²=v²+2GMh/R(R+h) (1)
又因飛船欲繞地球做圓周運動，故其應保持的向心力為：
F=mv²/(R+h)
而其向心力均由萬有引力提供，則
mv²/(R+h)=GMm/(R+h)²
化簡上式，兩側同乘(R+h)/m得
v²=GM/(R+h) (2)
代(2)入(1)得
v₁²=GM/(R+h)+2GMh/R(R+h)
化簡，得
v₁²=(RGM+2GMh)/R(R+h)
提取公因式，得
v₁²=(GM/R²)(R+2h)R/(R+h)
注意GM/R²=g，且高度h與地球半徑R比起微不足道，故R+2h，R+h，都可以看做為R，故
v₁²=GM/R=Rg
即
v₁=(Rg)½
代入數據R≈6.37*10⁶，g≈9.8得
v₁≈7900(m/s)
關於第二宇宙速度的推導
這次設一飛船以v₂的速度飛出地球而最後飛離擺脫地球引力場控制，那麼我們照舊可以用(1)式這個結論，得：
v₂²=v²+2GMh/R(R+h)
實質上就是把v₁改成v₂，而其v,G,M,R,h意義不變，我們設飛船飛到最後速度為零，即在他飛行到最遠距離時，得v₂²=2GMh/R(R+h)
其中h指飛船飛行最遠距離，而想要讓飛船擺脫地球引力場，就要讓其最遠飛到無限遠的地方，也就是h=∞，那麽R+h就約等於h，即
v₂²=2GMh/Rh
v₂²=2GM/R
故
v₂=(2GM/R)½
或是說
v₂=2½v₁
代入數據，得
v₂≈11200（m/s)
这樣一來我們就算出第一宇宙速度和第二宇宙速度了
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