牛顿曾经研究过这样一个问题,人掷出去的石头,由于受到重力作用,总会偏离初方向落回地面。于是他提出了一个大炮的设想:在地球的一座高山上,架起一只水平的大炮,以不同的速度将炮弹平射出去,当炮弹的速度比较小的时候,炮弹会在重力作用下,偏离原来的运动方向落在附近的A点;如果增大炮弹的出射速度,炮弹就会做初速度更大的平抛运动,落在比A更远的B点;如果继续增大炮弹的出射速度,炮弹就会飞得更远一些。
炮弹的出射速度越大,炮弹落点就离山脚越远。如果地面是个平面,即使炮弹出射速度再大、飞行再远,炮弹也最终会落回地面。但是地球是圆的,这样炮弹就有可能不再落回地面转而绕地球飞行了。并且实际上,地球对它的引力时刻指向地心,在这个力作用下,如果炮弹初速度合适,轨迹就有可能是个圆,此时引力就充当向心力,炮弹环绕地球做匀速圆周运动,永远不会落地。这个初速度就是第一宇宙速度。