Zemlja ima moćan gravitacijsko polje, koji privlači sebi ne samo predmete koji se nalaze na njegovoj površini, već i one svemirski objekti, koji se iz nekog razloga nalaze u njegovoj neposrednoj blizini. Ali ako je tako, kako onda objasniti činjenicu da umjetni sateliti koje je čovjek lansirao u zemljinu orbitu ne padaju na njezinu površinu?

Prema zakonima fizike, bilo koji objekt u zemljinoj orbiti mora nužno pasti na njezinu površinu, privučen njezinim gravitacijskim poljem. Sve je to apsolutno točno, ali samo kad bi planet imao oblik idealne sfere, a vanjske sile ne bi djelovale na objekte u njegovoj orbiti. Zapravo, nije. Zemlja je zbog rotacije oko vlastite osi nešto nabubrena na ekvatoru, a spljoštena na polovima. Osim toga, na umjetne satelite utječu vanjske sile koje proizlaze iz Sunca i Mjeseca. Iz tog razloga ne padaju na površinu Zemlje.

Oni se zadržavaju u orbiti upravo zbog činjenice da naš planet nije idealnog oblika. Gravitacijsko polje koje proizlazi iz Zemlje nastoji privući satelite, sprječavajući Mjesec i Sunce da učine isto. Postoji kompenzacija gravitacijskih sila koje djeluju na satelite, zbog čega se parametri njihovih orbita ne mijenjaju. Tijekom njihovog približavanja polovima, Zemljina gravitacija postaje manja, a gravitacijska sila Mjeseca veća. Satelit se počinje kretati prema njoj. Tijekom prolaska kroz ekvatorijalnu zonu situacija postaje izravno suprotna.

Postoji svojevrsna prirodna korekcija orbite umjetnih satelita. Iz tog razloga ne padaju. Osim toga, pod utjecajem zemljine gravitacije, satelit će letjeti u zaobljenoj orbiti, pokušavajući se približiti Zemljina površina. Ali budući da je Zemlja okrugla, ova će površina stalno bježati od nje.

Ova se činjenica može dokazati u jednostavan primjer. Ako vežete uteg za uže i počnete ga okretati u krug, on će stalno nastojati pobjeći od vas, ali to ne može učiniti, držeći ga užetom, što je u odnosu na satelite analog zemljine gravitacije . Ona je ta koja se drži u svojoj orbiti, nastojeći letjeti svemir sateliti. Iz tog razloga, oni će se zauvijek vrtjeti oko planeta. Iako je ovo čista teorija. Postoji ogroman broj dodatnih faktora koji mogu promijeniti ovu situaciju i uzrokovati pad satelita na Zemlju. Zbog toga se na istom ISS-u stalno provodi korekcija orbite.

Jednostavna pitanja. Knjiga slična enciklopediji Antonets Vladimir Aleksandrovich

Zašto sateliti ne padaju na Zemlju?

Odgovor na ovo pitanje dobiva se u školi. U isto vrijeme obično objašnjavaju i kako nastaje bestežinsko stanje. Sve je to toliko neskladno s intuicijom, utemeljenom na iskustvu zemaljskog života, da ne sjeda dobro u glavu. I zato, kada školsko znanje nestane (ima i takvih pedagoški termin- “preostalo znanje”), ljudi se opet pitaju zašto sateliti ne padnu na Zemlju i unutra svemirski brod tijekom leta dolazi do bestežinskog stanja.

Usput, ako možemo odgovoriti na ova pitanja, onda ćemo ujedno razjasniti sami sebi zašto Mjesec ne pada na Zemlju, a Zemlja, zauzvrat, ne pada na Sunce, iako je gravitacijska sila Sunce koje djeluje na Zemlju je ogromno - oko 3,6 milijardi milijardi tona. Inače, osobu tešku 75 kg Sunce privlači snagom od oko 50 g.

Kretanje tijela s vrlo velikom točnošću pokorava se Newtonovim zakonima. Prema tim zakonima, dva međusobno djelujuća tijela, na koja ne djeluju nikakve vanjske sile, mogu mirovati jedno u odnosu na drugo samo ako su sile njihova međudjelovanja uravnotežene. Uspijemo nepomično stajati na zemljinoj površini jer je sila zemljine teže upravo kompenzirana silom pritiska zemljine površine na površinu našeg tijela. Pritom dolazi do deformacije Zemlje i našeg tijela, zbog čega osjećamo težinu. Ako, na primjer, počnemo dizati neku vrstu tereta, njegovu ćemo težinu osjetiti kroz napetost mišića i deformaciju tijela, kojim se teret oslanja na tlo.

Ako nema takve kompenzacije sila, tijela se počinju gibati jedno u odnosu na drugo. Ovo kretanje uvijek ima promjenjivu brzinu, a mogu se mijenjati i veličina brzine i njezin smjer. Sada zamislimo da smo raspršili neko tijelo, usmjeravajući njegovo kretanje paralelno s površinom Zemlje. Ako je početna brzina bila manja od 7,9 km/s, odnosno manja od prve tzv svemirska brzina, tada će se pod utjecajem gravitacije brzina tijela početi mijenjati i po veličini i po smjeru i ono će sigurno pasti na Zemlju. Ako je brzina ubrzanja bila veća od 11,2 km/s, odnosno druge svemirske brzine, tijelo će odletjeti i nikada se više neće vratiti na Zemlju.

Ako je brzina bila veća od prve, ali manja od druge kozmičke brzine, tada će se pri kretanju tijela mijenjati samo smjer brzine, a vrijednost će ostati konstantna. Kao što razumijete, to je moguće samo ako se tijelo kreće u začaranom krugu, čiji je promjer veći, što je brzina bliža drugoj kozmičkoj. To znači da je tijelo postalo umjetni satelit Zemlje. Pod određenim uvjetima, kretanje će se odvijati ne duž kružne, već duž izdužene eliptične putanje.

Ako se tijelo u području Zemlje rasprši u smjeru okomitom na segment koji povezuje Zemlju i Sunce, do brzine od 42 km/s, ono će zauvijek napustiti granice Sunčev sustav. Zemlja ima orbitalnu brzinu od samo 29 km/s, tako da, srećom, ne može niti odletjeti od Sunca niti pasti na njega i zauvijek će ostati njen satelit.

Ovaj tekst je uvodni dio.

Zašto satelit ne padne na Zemlju?

Ovo pitanje se često čuje. Kvalitativni odgovor na njega može se dobiti uz pomoć sljedećeg mentalnog eksperimenta. Pretpostavimo da na Zemlji postoji planina visoka 200 km i vi ste se popeli na njen vrh. Baci kamen s vrha planine. Što više zamahujete, kamen će dalje letjeti. Najprije će pasti na planinu, zatim na njen potplat, da bi na kraju točka pada bila skrivena negdje iza horizonta. Naravno, pretpostavljamo da imate pravu herkulovsku moć (što je, naravno, puno pomoglo s čistim planinskim zrakom). Možete baciti kamen na takav način da će pasti na suprotnu stranu Zemlje pa čak iu podnožje planine, ali s druge strane, obići Zemlju Još malo truda i kamen je obišao Zemlju , zviždat će vam nad glavom, pretvarajući se u svojevrsni bumerang.A sada povežite let kamena s pitanjem – zašto satelit ne padne na Zemlju.

Led misaoni eksperiment pokazuje da satelit neprestano pada na Zemlju. Nemojte se iznenaditi, pada i pokušava dotaknuti površinu Zemlje. Što je bilo? Pretpostavimo da Zemlja ima oblik sfere, da joj je polje središnje i da se let satelita događa neposredno iznad njene površine, recimo, na visini od jednog metra. Teoretski, to je moguće. Na sl. 21 kroz OA naznačen je radijus kružne orbite satelita. Neka je u nekom trenutku satelit u točki A, a brzina njegova leta je usmjerena duž linije AB, okomito na polumjer OA.

Kad ne bi bilo privlačenja Zemlje, satelit bi nakon nekog kraćeg vremena bio u točki B, koja leži na nastavku vektora brzine, te bi se od točke A udaljio za udaljenost AB. Ali zbog privlačenja Zemlje, njegova putanja leta je zakrivljena i stoga će satelit završiti u nekoj točki C. A to znači da kada uzmemo u obzir let satelita konstantnom brzinom uz istovremeni "pad" prema Zemlja zbog svoje privlačnosti ne dobiva ništa više od Kružne cirkulacije. Sada postaje jasno zašto satelit ne doseže površinu Zemlje: koliko će satelit odstupiti pravocrtno gibanje zbog utjecaja privlačnih sila Zemlje, toliko se površina Zemlje zbog sferičnosti "odmiče" od ravne linije. Slikovito rečeno, satelit neprestano pokušava, takoreći, doći do površine Zemlje, a površina Zemlje, krivudajući, bježi od njega. I taj se proces nastavlja tijekom cijelog leta, zbog čega satelit ni na koji način ne može dosegnuti površinu Zemlje. Međutim, paradoksalna priroda ovog fenomena ne iznenađuje, može se pronaći pristojna "zemaljska" analogija. Prisjetite se iskustva kada je razmatrana rotacija utega na produženoj žici. U procesu rotacije stalno vučete uteg prema sebi uz pomoć užeta, ali unatoč tome on nikako ne dolazi do vaše ruke i to vas nimalo ne čudi. Nešto slično događa se i na kozmičkoj razini: Zemljina gravitacijska sila upravo je uže koje drži satelit i tjera ga da se okreće oko Zemlje.

Kao što znate, geostacionarni sateliti vise nepomično iznad zemlje iznad iste točke. Zašto ne padnu? Nema li gravitacije na toj visini?

Odgovor

Geostacionarni umjetni Zemljin satelit je uređaj koji se kreće oko planeta u smjeru istoka (u istom smjeru u kojem se sama Zemlja okreće), po kružnoj ekvatorijalnoj orbiti s periodom ophoda jednakim periodu vlastite rotacije Zemlje.

Dakle, kada se gleda sa Zemlje geostacionarni satelit, vidjet ćemo ga kako nepomično visi na istom mjestu. Zbog ove nepomičnosti i velike nadmorske visine od oko 36.000 km, s koje se vidi gotovo polovica Zemljine površine, relejni sateliti za televiziju, radio i komunikacije postavljeni su u geostacionarnu orbitu.

Iz činjenice da geostacionarni satelit stalno visi nad istom točkom na površini Zemlje, neki krivo zaključuju da na geostacionarni satelit ne djeluje sila privlačenja Zemlje, da sila teže nestaje na određenoj udaljenosti. sa Zemlje, tj. opovrgavaju samog Newtona. Naravno da nije. Samo lansiranje satelita u geostacionarnu orbitu izračunato je upravo prema Newtonovom zakonu univerzalne gravitacije.

Geostacionarni sateliti, kao i svi drugi sateliti, zapravo padaju na Zemlju, ali ne dosežu njezinu površinu. Na njih djeluje sila privlačenja Zemlje (gravitacijska sila), usmjerena prema njezinom središtu, au suprotnom smjeru na satelit djeluje centrifugalna sila odbijanja od Zemlje (sila tromosti), koje se međusobno uravnotežuju – satelit ne odleti od Zemlje i ne pada na nju baš kao što kanta koja se vrti na užetu ostaje u svojoj orbiti.

Da se satelit uopće ne kreće, onda bi pao na Zemlju pod utjecajem privlačnosti prema njoj, ali sateliti se kreću, uključujući i geostacionarne (geostacionarne - kutnom brzinom jednakom kutnoj brzini rotacije Zemlje, tj. jedan okretaj dnevno, a za satelite nižih orbita kutna brzina je veća, tj. imaju vremena napraviti nekoliko okretaja oko Zemlje u danu). Linearna brzina dojavljena satelitu paralelno s površinom Zemlje tijekom izravnog lansiranja u orbitu je relativno velika (u niskoj Zemljinoj orbiti - 8 kilometara u sekundi, u geostacionarnoj orbiti - 3 kilometra u sekundi). Da nema Zemlje, tada bi satelit letio takvom brzinom pravocrtno, ali prisutnost Zemlje uzrokuje da satelit pada na nju pod utjecajem gravitacije, kriveći putanju prema Zemlji, ali površina Zemlja nije ravna, ona je zakrivljena. Koliko se satelit približi površini Zemlje, toliko površina Zemlje izlazi ispod satelita i, tako, satelit je stalno na istoj visini, krećući se po zatvorenoj putanji. Satelit stalno pada, ali nikako da padne.

Dakle, svi umjetni sateliti Zemlje padaju na Zemlju, ali - duž zatvorene putanje. Sateliti su u bestežinskom stanju, kao i sva tijela koja padaju (ako se lift u neboderu pokvari i počne slobodno padati, tada će i ljudi unutra biti u bestežinskom stanju). Astronauti unutar ISS-a nalaze se u bestežinskom stanju ne zato što u orbiti ne djeluje sila privlačenja Zemlje (tamo je gotovo ista kao i na površini Zemlje), već zato što ISS slobodno pada na Zemlju – po zatvorenoj kružnici putanja.