Движение искусственных спутников Земли

Конспект по физике для 9 класса «Движение искусственных спутников Земли». Что такое искусственный спутник Земли. Что такое первая космическая скорость.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Движение искусственных спутников Земли

Естественным спутником Земли является Луна. Искусственными спутниками Земли называют космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты. При помощи искусственных спутников возможно решение различных научных и прикладных задач. Запуск первого искусственного спутника Земли, ставшего первым искусственным небесным телом, созданным человеком, был осуществлён в Советском Союзе 4 октября 1957 г.

ЧТО НУЖНО СДЕЛАТЬ, ЧТОБЫ ВЫЙТИ ЗА ПРЕДЕЛЫ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ?

Если тело выведено за пределы земной атмосферы, на него действуют только силы тяготения со стороны Земли, Солнца и других небесных тел. Жизненный опыт показывает, что, для того чтобы тело вышло за пределы земной атмосферы, у него должна быть достаточно большая начальная скорость. Действительно, тело, брошенное вверх с небольшой начальной скоростью, быстро упадёт на Землю. Чем больше начальная скорость, тем на большую высоту поднимется тело. При некоторой начальной скорости тело покинет пределы земной атмосферы и превратится в искусственный спутник Земли. Очевидно, что при дальнейшем увеличении начальной скорости тело будет всё больше удаляться от поверхности Земли и может превратиться в искусственный спутник Солнца. При ещё большем увеличении скорости тело может покинуть Солнечную систему.

СКОРОСТЬ ИСКУССТВЕННОГО СПУТНИКА ЗЕМЛИ

Рассчитаем скорость, с которой должно лететь тело, чтобы стать искусственным спутником Земли. Согласно второму закону Ньютона

где m — масса спутника; а — ускорение спутника на высоте h. Так как спутник движется по окружности, это ускорение — центростремительное, и его можно найти по формуле 2

где R3 — радиус Земли. На спутник действует сила тяжести, которая по закону всемирного тяготения равна

Подставив формулы (2) и (3) в формулу (1), получим

Эта формула позволяет рассчитать скорость υ, которую надо сообщить телу, поднятому на высоту h над Землёй, чтобы оно стало искусственным спутником Земли.

Спутник, вращающийся вокруг Земли вблизи её поверхности, имеет ускорение g, направленное к центру Земли, т. е. такое же ускорение свободного падения, которое имеет и тело, свободно летящее по параболической траектории или падающее по вертикали вблизи земной поверхности. Значит, движение спутника есть просто свободное падение. Это движение отличается от движения тел, брошенных под углом к горизонту, тем, что скорость спутника настолько велика, что радиус кривизны его траектории равен радиусу Земли.

ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ

Минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно стало искусственным спутником, называется первой космической скоростью.

Чтобы найти первую космическую скорость υ1, следует учесть, что она определяется как скорость спутника вблизи поверхности Земли, т. е. когда значение h много меньше значения R3 и его значением в формуле (4) можно пренебречь:

Подставив в формулу (5) значения  М3 = 6 • 1024 кг,  RЗ = 6400 км = 6,4 • 106 м,  получим υ1 ≈ 7900 м/с = 7,9 км/с.

Значение первой космической скорости можно получить и другим способом. Движение искусственного спутника происходит только под действием силы тяжести, следовательно, его центростремительное ускорение совпадает с ускорением свободного падения вблизи поверхности Земли:

Получаем

Тело может стать искусственным спутником Земли, только если его скорость больше чем 7,9 км/с и меньше чем 11,2 км/с. При скорости, меньшей первой космической, тело упадёт на Землю. А при скорости, большей υ2 = 11,2 км/с, которая называется второй космической скоростью, оно преодолеет притяжение Земли и окажется в космическом пространстве. Именно с такой скоростью космические корабли достигли Луны, Венеры и Марса. При достижении телом третьей космической скорости υ3 = 16,7 км/с тело преодолеет притяжение Солнца и покинет Солнечную систему.

Высоты полёта искусственных спутников над Землёй различны — от 200-300 км до нескольких десятков тысяч километров. Искусственные спутники выводятся на орбиты с помощью управляемых многоступенчатых ракет-носителей, которые от старта до некоторой расчётной точки в пространстве движутся благодаря тяге, развиваемой реактивными двигателями. После достижения ракетой расчётной скорости (по величине и направлению) работа реактивных двигателей прекращается; это так называемая точка выведения спутника на орбиту. Запускаемый космический аппарат, который несёт последняя ступень ракеты, автоматически отделяется от неё и начинает движение по некоторой орбите относительно Земли и становится искусственным небесным телом.

Первым человеком, совершившим полёт в космос на корабле-спутнике «Восток», был Юрий Гагарин. Это знаменательное событие произошло 12 апреля 1961 года.

 


Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Движение искусственных спутников Земли».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Движение искусственных спутников Земли
5 (100%) 1 vote[s]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *