A földnek hatalmas ereje van gravitációs mező, amely nemcsak a felületén elhelyezkedő tárgyakat vonzza magához, hanem azokat is űrobjektumok, amelyek valamilyen oknál fogva közel vannak hozzá. De ha ez így van, akkor mivel magyarázható, hogy az ember által a Föld pályájára bocsátott mesterséges műholdak nem esnek a felszínére?
A fizika törvényei szerint a Föld körül keringő bármely tárgynak szükségszerűen a felszínére kell esnie, és vonzza a gravitációs tere. Mindez teljesen igaz, de csak akkor, ha a bolygó ideális gömb alakú lenne, és külső erők nem hatnak a pályáján lévő tárgyakra. Valójában nem az. A Föld a saját tengelye körüli forgása miatt az Egyenlítőnél kissé megduzzad, a sarkoknál pedig lapított. Emellett a mesterséges műholdakra a Napból és a Holdból kiinduló külső erők is hatással vannak. Emiatt nem esnek le a Föld felszínére.
Pontosan azért tartják őket pályán, mert bolygónk alakja nem ideális. A Földről kiinduló gravitációs tér hajlamos magához vonzani a műholdakat, ami megakadályozza, hogy a Hold és a Nap is ezt tegye. A műholdakra ható gravitációs erők kompenzációja történik, aminek következtében pályájuk paraméterei nem változnak. A pólusokhoz való közeledésük során a Föld gravitációja csökken, és a Hold gravitációs ereje nagyobb. A műhold elindul felé. Az egyenlítői zónán való áthaladás során a helyzet éppen ellenkezővé válik.
Van egyfajta természetes korrekció a mesterséges műholdak pályáján. Emiatt nem esnek le. Ezenkívül a föld gravitációjának hatására a műhold lekerekített pályán fog repülni, megpróbálva közelebb kerülni a Föld felszíne. De mivel a Föld kerek, ez a felszín folyamatosan menekülni fog előle.
Ez a tény kimutatható a egyszerű példa. Ha kötélhez köt egy súlyt, és körben elkezdi forgatni, akkor az állandóan el akar menekülni tőled, de ezt nem tudja megtenni a kötélnél fogva, ami a műholdakhoz képest a föld gravitációjának analógja. . Ő az, aki a pályáján marad, és arra törekszik, hogy elrepüljön világűr műholdak. Emiatt örökké a bolygó körül fognak forogni. Bár ez pusztán elmélet. Számos további tényező megváltoztathatja ezt a helyzetet, és a műhold a Földre zuhanását okozhatja. Emiatt ugyanazon az ISS-en folyamatosan pályakorrekciót végeznek.
Egyszerű kérdések. Antonets Vladimir Alexandrovich enciklopédiához hasonló könyv
Miért nem esnek a műholdak a Földre?
Erre a kérdésre az iskolában adják meg a választ. Ugyanakkor általában azt is elmagyarázzák, hogyan keletkezik a súlytalanság. Mindez annyira összeegyeztethetetlen a földi élet tapasztalatain alapuló intuícióval, hogy nem fér bele jól a fejbe. És ezért, amikor az iskolai tudás eltűnik (még ilyen is van pedagógiai szakkifejezés- „maradék tudás”), az emberek ismét csodálkoznak, hogy a műholdak miért nem esnek a Földre és belsejébe űrhajó repülés közben súlytalanság lép fel.
Egyébként, ha ezekre a kérdésekre tudunk válaszolni, akkor egyúttal tisztázzuk magunknak, hogy miért nem esik a Hold a Földre, és a Föld pedig nem esik a Napra, bár a gravitációs erő a Földre ható Nap hatalmas - körülbelül 3, 6 milliárd tonna. A 75 kg súlyú embert egyébként körülbelül 50 g-os erővel vonzza a Nap.
A testek nagyon nagy pontosságú mozgása Newton törvényeinek engedelmeskedik. E törvények szerint két kölcsönhatásban lévő test, amelyekre semmilyen külső erő nem hat, csak akkor lehet egymáshoz képest nyugalomban, ha kölcsönhatásuk erői kiegyenlítettek. Azért sikerül mozdulatlanul állnunk a földfelszínen, mert a föld gravitációs erejét pontosan kompenzálja a földfelszín nyomásának ereje a testünk felszínén. Ugyanakkor a Föld és a testünk deformálódik, ami miatt elnehezülünk. Ha például elkezdünk felemelni valamilyen terhelést, akkor az izomfeszülés és a test deformációja révén érezzük annak nehézségét, amelyen keresztül a teher a talajon nyugszik.
Ha nincs ilyen erőkiegyenlítés, a testek egymáshoz képest mozogni kezdenek. Ez a mozgás mindig változó sebességű, és mind a sebesség nagysága, mind az iránya változhat. Most képzeljük el, hogy szétszórtunk egy testet, amelynek mozgását a Föld felszínével párhuzamosan irányítjuk. Ha a kiindulási sebesség kisebb volt, mint 7,9 km / s, azaz kisebb, mint az ún térsebesség, akkor a gravitáció hatására a test sebessége mind nagyságrendben, mind irányban változni kezd, és minden bizonnyal a Földre esik. Ha a gyorsulási sebesség nagyobb, mint 11,2 km / s, vagyis a második térsebesség, a test elrepül, és soha nem tér vissza a Földre.
Ha a sebesség nagyobb volt, mint az első, de kisebb, mint a második kozmikus sebesség, akkor a test mozgása során csak a sebesség iránya változik, és az érték állandó marad. Mint tudod, ez csak akkor lehetséges, ha a test egy ördögi körben mozog, amelynek átmérője minél nagyobb, minél közelebb van a sebesség a második kozmikushoz. Ez azt jelenti, hogy a test a Föld mesterséges műholdjává vált. Bizonyos körülmények között a mozgás nem körkörös, hanem megnyúlt elliptikus pálya mentén történik.
Ha egy test a Föld tartományában a Földet a Nappal összekötő szakaszra merőleges irányban szétszóródik 42 km/s sebességig, akkor örökre elhagyja a határokat. Naprendszer. A Föld keringési sebessége mindössze 29 km/s, így szerencsére nem tud elrepülni a Naptól és nem is tud ráesni, és örökre a műholdja marad.
Ez a szöveg egy bevezető darab.Miért nem esik le a műhold a Földre?
Ezt a kérdést gyakran hallani. Minőségi választ kaphatunk rá a következő mentális kísérlet segítségével. Tegyük fel, hogy a Földön van egy 200 km magas hegy, és felmásztad a tetejére. Dobj egy sziklát a hegy tetejéről. Minél többet hintázol, annál tovább repül a kő. Eleinte a hegy oldalára, majd a talpára zuhan, végül a zuhanás pontja valahol a horizonton túl lesz elrejtve. Természetesen feltételezzük, hogy valóban herkulesi erővel rendelkezik (ami természetesen sokat segített a tiszta hegyi levegőben). Lehet úgy dobni egy követ, hogy az a Föld másik oldalára, sőt a hegy lábára esik, de másrészt körbejárja a Földet. Még egy kis erőfeszítés és a kő, körbejárta a Földet , fütyülni fog a fejed felett, egyfajta bumeránggá változva.És most kösd össze a kő repülését azzal a kérdéssel - miért nem esik le a műhold a Földre.
Vezette gondolatkísérlet azt mutatja, hogy a műhold folyamatosan a Földre esik. Ne lepődj meg, leesik, és megpróbálja megérinteni a Föld felszínét. Mi a helyzet? Tegyük fel, hogy a Föld gömb alakú, mezeje központi és a műholdak repülése közvetlenül a felszíne felett, mondjuk egy méter magasságban történik. Elméletileg ez lehetséges. ábrán. 21-ig OA a műhold körpályájának sugara látható. Legyen a műhold egy pillanatban az A pontban, és repülési sebessége az AB egyenes mentén irányuljon, merőleges a sugárra OA.
Ha nem lenne a Föld vonzása, akkor rövid idő múlva a műhold a sebességvektor folytatásán fekvő B pontban lenne, és AB távolságra távolodna el az A ponttól. De a Föld vonzása miatt a repülési útvonala görbült, és ezért a műhold valamilyen C ponton ér véget. Ez pedig azt jelenti, hogy ha egy műhold állandó sebességű repülését tekintjük, egyidejű "eséssel" a Föld felé. A Föld vonzása miatt nem kapunk mást, mint a Körforgalom. Most kiderül, miért nem éri el a műhold a Föld felszínét: mennyit fog eltérni a műhold egyenes vonalú mozgás a Föld vonzási erőinek hatására annyira "eltávolodik" a Föld felszíne a gömbszerűség miatt egy egyenestől. Képletesen szólva, a műhold folyamatosan mintegy megpróbálja elérni a Föld felszínét, és a Föld felszíne görbülve elszalad tőle. Ez a folyamat pedig az egész repülés során folytatódik, aminek következtében a műhold semmilyen módon nem tudja elérni a Föld felszínét. Ennek a jelenségnek a paradox jellege azonban nem meglepő, tisztességes "földi" hasonlattal találkozhatunk. Emlékezzünk vissza arra a tapasztalatra, amikor egy súly meghosszabbított húron való elforgatását vették figyelembe. A forgás során folyamatosan húzod magad felé a súlyt egy kötél segítségével, de ennek ellenére soha nem éri el a kezed és ez egyáltalán nem lep meg. Valami hasonló történik kozmikus léptékben: a Föld gravitációs ereje éppen az a kötél, amely a műholdat tartja, és a Föld körül forog.
Mint tudják, a geostacionárius műholdak mozdulatlanul lógnak a Föld felett ugyanazon pont felett. Miért nem esnek? Nincs gravitáció ezen a magasságon?
Válasz
A geostacionárius mesterséges Földműhold olyan berendezés, amely a bolygó körül keleti irányban (a Föld forgásával azonos irányban), körkörös egyenlítői pályán mozog a Föld saját forgási periódusával megegyező forgási periódussal.
Így a Földről nézve geostacionárius műhold, látni fogjuk, hogy mozdulatlanul lóg ugyanazon a helyen. Emiatt a mozdulatlanság és a nagy, mintegy 36 000 km-es tengerszint feletti magasság miatt, ahonnan a Föld felszínének csaknem fele látható, a televíziós, rádiós és kommunikációs közvetítő műholdakat geostacionárius pályára állítják.
Abból a tényből, hogy egy geostacionárius műhold folyamatosan lóg a Föld felszínének ugyanazon pontja felett, egyesek azt a téves következtetést vonják le, hogy a Föld vonzási ereje nem hat a geostacionárius műholdra, hogy a gravitációs erő egy bizonyos távolságban eltűnik. a Földről, vagyis éppen a Newtont cáfolják. Természetesen nem. A műholdak geostacionárius pályára való kilövését pontosan Newton egyetemes gravitációs törvénye szerint számítják ki.
A geostacionárius műholdak, mint minden más műhold, valójában a Földre esnek, de nem érik el a felszínét. Hat rájuk a Föld felé irányuló vonzási erő (gravitációs erő), amely a középpontja felé irányul, ellenkező irányban pedig a műholdat a Földről taszító centrifugális erő (tehetetlenségi erő), amelyek kiegyenlítik egymást - a műhold nem repül el a Földről, és nem esik rá pontosan úgy, ahogy a kötélen forgó vödör a pályáján marad.
Ha a műhold egyáltalán nem mozogna, akkor a hozzá való vonzódás hatására a Földre esne, de a műholdak mozognak, beleértve a geostacionáriusokat is (a geostacionáriusokat - a Föld forgásának szögsebességével megegyező szögsebességgel, azaz. napi egy fordulat, és az alacsonyabb pályán lévő műholdaknál nagyobb a szögsebesség, azaz van idejük naponta többször is megfordulni a Föld körül). A műholdnak a Föld felszínével párhuzamosan jelentett lineáris sebessége a közvetlen pályára indításkor viszonylag nagy (alacsony földi pályán - 8 km/s, geostacionárius pályán - 3 km/s). Ha nem lenne Föld, akkor a műhold egyenes vonalban repülne ilyen sebességgel, de a Föld jelenléte arra készteti a műholdat, hogy a gravitáció hatására ráesik, a pályát a Föld felé hajlítva, de a Föld felszíne. A Föld nem lapos, hanem görbült. Amíg a műhold megközelíti a Föld felszínét, addig a Föld felszíne a műhold alól kerül ki, így a műhold állandóan egy magasságban van, zárt pályán mozog. A műhold folyamatosan esik, de soha nem tud leesni.
Tehát a Föld összes mesterséges műholdja a Földre esik, de - zárt pálya mentén. A műholdak súlytalanságban vannak, mint minden zuhanó test (ha egy felhőkarcolóban a lift elromlik és szabadon zuhanni kezd, akkor a benne lévő emberek is súlytalanságba kerülnek). Az ISS-en belüli űrhajósok nem azért vannak súlytalanságban, mert a Föld felé irányuló vonzási erő nem kering a pályán (ott majdnem ugyanaz, mint a Föld felszínén), hanem azért, mert az ISS szabadon esik a Földre - egy zárt körpálya.
