Dacă mingea este împinsă și apoi dusă în sine, atunci va descrie un anumit arc și se va opri. Motivul pentru oprirea mingii este efectul asupra ei a forței de frecare și a forței de rezistență a aerului, care împiedică mișcarea și reduce viteza.
În cazul în care o acțiune este de a reduce forța de frânare, mingea poate fi descrisă în jurul punctului O unuia sau mai multor cercuri înainte de a se oprește (cablul de fixare la punctul O trebuie să fie de așa natură încât să nu interfereze cu mișcarea mingii).
Dacă am reuși să eliminăm toate forțele de rezistență la mișcare, bila se va mișca fără sfârșit în jurul punctului O de-a lungul unei curbe închise, de exemplu de-a lungul unui cerc. În acest caz, direcția vitezei mingii se va schimba continuu sub acțiunea unei forțe orientate către centrul cercului.
Un exemplu al unei astfel de mișcări este inversarea planetelor în jurul Soarelui și a sateliților din jurul planetelor.
Să analizăm în detaliu problema lansării și mișcării sateliților artificiali ai Pământului (AES abreviat).
Pentru a înțelege în ce condiții corpul poate deveni un satelit artificial al Pământului, ia în considerare cifra. Este o copie a imaginii făcute de Newton.
Fig. Copie a desenului lui Newton
Această cifră prezintă globul și arată un munte înalt, de la vârful căruia sunt aruncate pietre, oferindu-le o viteză modulo orizontală direcționată.
Legenda de la imaginea citește: „piatra abandonat deviate de gravitație de la calea cea dreaptă și să descrie o traiectorie curbă, se încadrează, în cele din urmă, pe Pământ. Dacă îl lăsați la viteză mare, va cădea mai departe. Continuând acest raționament, Newton a ajunge la concluzia că, în absența rezistenței aerului și o viteză suficient de mare, în general, corpul nu poate cădea la pământ, și va descrie o traiectorie circulară, rămânând la aceeași înălțime deasupra Pământului. Un astfel de corp devine un satelit artificial al Pământului.
Pământ, înconjurat de sateliți și de așa numitele resturi spațiale
Mișcarea satelitului este un exemplu de cădere liberă, deoarece apare numai sub influența gravitației. Dar satelitul nu cădea pe Pământ datorită faptului că are o viteză suficient de mare, îndreptată de-a lungul tangentei către cercul de-a lungul căruia se mișcă. Astfel, luna naturală a Pământului, Luna (Fig.), Se învârte în jurul planetei pentru aproximativ patru miliarde de ani.
Fig. Luna se întoarce în jurul Pământului este un exemplu de cădere liberă
Deci, la unele organism a devenit un satelit artificial al Pământului, trebuie să fie scos din atmosfera pământului și îi conferă o anumită viteză îndreptate la o tangentă la cercul, la care se va muta.
Cea mai mică înălțime deasupra suprafeței Pământului, pe care practic nu există rezistență la aer, este de aproximativ 300 km. Prin urmare, sateliții sunt de obicei lansați la o altitudine de 300-400 km de suprafața pământului.
Să derivăm o formulă pentru calcularea vitezei, care trebuie raportată corpului, astfel încât să devină un satelit artificial al Pământului, care se mișcă în jurul acestuia pe circumferință.
Mișcarea satelitului are loc doar sub acțiunea gravitației. Această forță îi indică accelerarea gravitației g, care în acest caz servește drept accelerație centripetală.
Știți deja că accelerația centripetală este determinată de formula:
Prin urmare, pentru un satelit
Conform acestei formule, viteza care trebuie comunicată corpului este determinată astfel încât să circule în jurul Pământului la o distanță r de centrul său.
Propunerea unui satelit artificial într-o orbită circulară
Această viteză se numește prima viteză cosmică (circulară).
Dacă înălțimea h a satelitului deasupra suprafeței pământului este mică în comparație cu raza pământului, atunci poate fi neglijată și presupunem că r ≈ R3.
Indicați accelerarea gravitației în apropierea suprafeței pământului g0.
Apoi formula pentru calcularea primei viteze cosmice a unui satelit care se deplasează aproape de suprafața Pământului va arăta astfel:
Calculăm această viteză, luând raza Pământului egală cu 6400 km (sau 6,4 x 106 m) și g0 = 9,8 m / s2.
Dacă înălțimea h a satelitului de deasupra Pământului nu poate fi neglijată, atunci distanța r de la centrul Pământului la satelit și accelerarea gravitației g la altitudinea h sunt determinate de următoarele formule:
În acest caz, formula pentru calcularea primei viteze cosmice ia forma:
Conform acestei formule, putem calcula prima viteză cosmică a unui satelit de pe orice planetă, dacă în locul masei și razei Pământului înlocuim masa și raza unei anumite planete.
Din formula rezultă că o mai mare înălțimea h, care este lansat prin satelit, viteza inferioară v trebuie raportată mișcarea lui pe o orbită circulară (h deoarece este în numitorul fracției). De exemplu, la 300 km deasupra suprafeței de viteză spațială prima Pământului este de aproximativ 7.8 km / s, iar la 500 km - 7,6 km / s.
Primul satelit Pământ artificial
Dacă viteza unui corp lansat la o înălțime h deasupra Pământului depășește primul spațiu cosmic corespunzător acestei altitudini, atunci orbita sa este o elipsă. Cu cât este mai mare viteza, cu atât mai mult va fi orbita. La o viteză de 11,2 km / s, numită a doua viteză cosmică, corpul depășește atracția de pe Pământ și intră în spațiul cosmic.
Pentru a lansa sateliți, se folosesc rachete. Motoarele cu rachete trebuie să funcționeze împotriva forțelor gravitaționale și a forțelor de rezistență a aerului și, de asemenea, să informeze satelitul cu privire la viteza corespunzătoare.
Nava spațială "Vostok"
În prezent, în fiecare an sunt lansate sute de sateliți pentru cercetare și scopuri practice: pentru comunicații de televiziune și radio, studii atmosferice, prognoza meteo etc.
Sarcina 1. Răspunde la întrebări.
- Dă exemple (în astronomie), dovedind că absența forțelor de rezistență pot deplasa corpul la infinit de-a lungul unui traseu închis de către forța care schimbă direcția vitezei de deplasare a corpului.
- De ce sateliții, întorcând Pământul sub influența gravitației, nu cad pe Pământ?
- Este posibil să privim rotația satelitului în jurul Pământului ca o cădere liberă?
- Ce trebuie făcut cu corpul fizic pentru a deveni un satelit artificial al Pământului?
- Realizați o formulă pentru calcularea primei viteze cosmice a unui satelit care se deplasează într-o orbită circulară aproape de suprafața Pământului.
- Cum se deplasează satelitul, care are prima viteză cosmică? viteza a doua spațiu?
Sarcina 2. Rezolvați rebusul.
