Žemė turi galingą gravitacinis laukas, kuri pritraukia prie savęs ne tik ant jo paviršiaus esančius objektus, bet ir tuos kosminiai objektai, kurie dėl tam tikrų priežasčių yra arti jo. Bet jei taip yra, tai kaip paaiškinti faktą, kad dirbtiniai palydovai, kuriuos žmogus paleido į žemės orbitą, nenukrenta ant jos paviršiaus?

Remiantis fizikos dėsniais, bet koks objektas, esantis Žemės orbitoje, būtinai turi nukristi ant jo paviršiaus, traukiamas gravitacinio lauko. Visa tai yra absoliuti tiesa, bet tik tuo atveju, jei planeta turėtų idealios sferos formą ir išorinės jėgos neveiktų jos orbitoje esančių objektų. Tiesą sakant, taip nėra. Žemė dėl sukimosi aplink savo ašį šiek tiek išsipučia ties pusiauju, o ties ašigaliais suplokštėja. Be to, dirbtinius palydovus veikia išorinės jėgos, sklindančios iš Saulės ir Mėnulio. Dėl šios priežasties jie nenukrenta į Žemės paviršių.

Orbitoje jie laikomi būtent dėl ​​to, kad mūsų planeta nėra idealios formos. Iš Žemės sklindantis gravitacinis laukas linkęs pritraukti palydovus, neleisdamas to daryti Mėnuliui ir Saulei. Vyksta palydovus veikiančių gravitacinių jėgų kompensacija, dėl kurios jų orbitų parametrai nekinta. Jų artėjant prie ašigalių, žemės gravitacija sumažėja, o Mėnulio gravitacinė jėga yra didesnė. Palydovas pradeda judėti link jos. Jai pereinant per pusiaujo zoną situacija tampa visiškai priešinga.

Yra tam tikra natūrali dirbtinių palydovų orbitos korekcija. Dėl šios priežasties jie nenukrenta. Be to, veikiamas žemės gravitacijos, palydovas skris apvalia orbita, bandydamas priartėti prie žemės paviršiaus. Bet kadangi Žemė yra apvali, šis paviršius nuolat nuo jos bėgs.

Šį faktą galima įrodyti paprastas pavyzdys. Jei pririšite svarmenį prie virvės ir pradėsite sukti jį ratu, jis nuolat stengsis nuo jūsų bėgti, bet negalės to padaryti, laikydamas virvės, kuri palydovų atžvilgiu yra žemės gravitacijos analogas. . Tai ji, kuri laikosi savo orbitoje, siekdama skristi kosmosas palydovai. Dėl šios priežasties jie amžinai suksis aplink planetą. Nors tai grynai teorija. Yra daugybė papildomų veiksnių, galinčių pakeisti šią situaciją ir priversti palydovą nukristi į Žemę. Dėl šios priežasties toje pačioje TKS nuolat atliekama orbitos korekcija.

Paprasti klausimai. Knyga, panaši į enciklopediją Antonets Vladimiras Aleksandrovičius

Kodėl palydovai nenukrenta į Žemę?

Atsakymas į šį klausimą pateikiamas mokykloje. Tuo pačiu metu jie paprastai taip pat paaiškina, kaip atsiranda nesvarumas. Visa tai taip nesuderinama su intuicija, paremta žemiškojo gyvenimo patirtimi, kad nelabai telpa į galvą. Ir todėl, kai dingsta mokyklos žinios (yra net tokių pedagoginis terminas- „likutinės žinios“), žmonės vėl stebisi, kodėl palydovai nenukrenta į Žemę ir į vidų erdvėlaivis skrydžio metu atsiranda nesvarumas.

Beje, jei galime atsakyti į šiuos klausimus, tai tuo pačiu ir patys išsiaiškinsime, kodėl Mėnulis nekrenta į Žemę, o Žemė savo ruožtu nekrenta į Saulę, nors gravitacinė jėga Žemę veikianti Saulė yra didžiulė – apie 3,6 milijardus tonų. Beje, 75 kg sveriantį žmogų Saulė traukia maždaug 50 g jėga.

Kūnų judėjimas labai tiksliai paklūsta Niutono dėsniams. Pagal šiuos dėsnius du sąveikaujantys kūnai, kurių neveikia jokios išorinės jėgos, vienas kito atžvilgiu gali būti ramybėje tik tada, kai jų sąveikos jėgos yra subalansuotos. Mums pavyksta nejudėdami stovėti ant žemės paviršiaus, nes žemės traukos jėgą tiksliai kompensuoja žemės paviršiaus slėgio jėga mūsų kūno paviršiuje. Tuo pačiu metu Žemė ir mūsų kūnas deformuojasi, dėl to jaučiame sunkumą. Jei, pavyzdžiui, pradedame kelti kokį nors krūvį, jo sunkumą pajusime per raumenų įtampą ir kūno deformaciją, per kurią krūvis remiasi į žemę.

Jei tokio jėgų kompensavimo nėra, kūnai pradeda judėti vienas kito atžvilgiu. Šis judėjimas visada turi kintamą greitį, gali keistis ir greičio dydis, ir jo kryptis. Dabar įsivaizduokite, kad mes išsklaidėme kokį nors kūną, nukreipdami jo judėjimą lygiagrečiai Žemės paviršiui. Jei pradinis greitis buvo mažesnis nei 7,9 km / s, tai yra mažesnis nei vadinamasis pirmasis erdvės greitis, tada, veikiamas gravitacijos, kūno greitis pradės keistis tiek dydžiu, tiek kryptimi ir jis tikrai nukris į Žemę. Jei pagreičio greitis buvo didesnis nei 11,2 km / s, tai yra antrasis kosmoso greitis, kūnas nuskris ir niekada negrįš į Žemę.

Jei greitis buvo didesnis nei pirmasis, bet mažesnis už antrąjį kosminį greitį, tada kūnui judant pasikeis tik greičio kryptis, o reikšmė išliks pastovi. Kaip suprantate, tai įmanoma tik tuo atveju, jei kūnas juda užburtu ratu, kurio skersmuo didesnis, tuo greitis arčiau antrojo kosminio. Tai reiškia, kad kūnas tapo dirbtiniu Žemės palydovu. Tam tikromis sąlygomis judėjimas vyks ne apskritimu, o pailga elipsės trajektorija.

Jei kūnas Žemės srityje yra išsklaidytas statmena atkarpai, jungiančia Žemę su Saule, iki 42 km/s greičio, jis amžinai paliks ribas. saulės sistema. Žemės orbitos greitis yra tik 29 km/s, todėl, laimei, ji negali nei nuskristi nuo Saulės, nei nukristi ant jos ir amžinai išliks jos palydovas.

Šis tekstas yra įžanginė dalis.

Kodėl palydovas nenukrenta į Žemę?

Šis klausimas dažnai girdimas. Kokybišką atsakymą į jį galima gauti atlikus šį psichinį eksperimentą. Tarkime, kad Žemėje yra 200 km aukščio kalnas ir jūs įkopėte į jo viršūnę. Mesti akmenį nuo kalno viršūnės. Kuo daugiau siūbuosi, tuo toliau akmuo skris. Iš pradžių jis nukris ant kalno šono, paskui į padą, o galiausiai kritimo taškas pasislėps kažkur už horizonto. Žinoma, darome prielaidą, kad turite tikrai Heraklio galią (kuri, žinoma, labai padėjo švariam kalnų orui). Galima mesti akmenį taip, kad jis nukristų į priešingą Žemės pusę ir net į kalno papėdę, bet kita vertus, apskriejo Žemę.Daugiau pastangų ir akmuo, apskriejo Žemę, nušvilpė virš galvos, pavirsdamas savotišku bumerangu.O dabar akmens skrydį susiekite su klausimu – kodėl palydovas nenukrenta į Žemę.

Led minties eksperimentas rodo, kad palydovas nuolat krenta į Žemę. Nenustebkite, jis krenta ir bando paliesti Žemės paviršių. Kas nutiko? Tarkime, kad Žemė yra rutulio formos, jos laukas yra centrinis ir palydovų skrydis vyksta tiesiai virš jos paviršiaus, tarkime, vieno metro aukštyje. Teoriškai tai įmanoma. Ant pav. 21 iki OA nurodomas palydovo žiedinės orbitos spindulys. Tegul tam tikru momentu palydovas yra taške A ir jo skrydžio greitis nukreiptas išilgai tiesės AB, statmenos spinduliui OA.

Jei nebūtų Žemės traukos, tai po kurio laiko palydovas atsidurtų taške B, kuris yra greičio vektoriaus tęsinyje, ir nutoltų nuo taško A atstumu AB. Tačiau dėl Žemės traukos jos skrydžio trajektorija yra išlenkta, todėl palydovas atsidurs tam tikrame taške C. O tai reiškia, kad vertinant palydovo skrydį pastoviu greičiu su tuo pačiu „kritimu“ link Žemė dėl savo traukos negauname nieko daugiau, tik žiedinę cirkuliaciją. Dabar tampa aišku, kodėl palydovas nepasiekia Žemės paviršiaus: kiek palydovas nukryps tiesinis judėjimas dėl Žemės traukos jėgų įtakos tiek Žemės paviršius dėl sferiškumo „nutolsta“ nuo tiesios linijos. Vaizdžiai tariant, palydovas nuolat tarsi bando pasiekti Žemės paviršių, o Žemės paviršius vingiuodamas nuo jo bėga. Ir šis procesas tęsiasi viso skrydžio metu, dėl to palydovas niekaip negali pasiekti Žemės paviršiaus. Tačiau šio reiškinio paradoksalus pobūdis nestebina, galima rasti neblogą „žemišką“ analogiją. Prisiminkite patirtį, kai buvo svarstomas svarmens sukimasis ant ištemptos stygos. Sukimosi metu jūs nuolat traukiate svorį link savęs virve, tačiau nepaisant to, jis niekada nepasiekia jūsų rankos ir tai jūsų visiškai nestebina. Kažkas panašaus nutinka kosminiu mastu: Žemės gravitacijos jėga yra ta virvė, kuri laiko palydovą ir verčia jį suktis aplink Žemę.

Kaip žinote, geostacionarūs palydovai nejudėdami kabo virš žemės virš to paties taško. Kodėl jie nenukrenta? Ar tokiame aukštyje nėra gravitacijos?

Atsakymas

Geostacionarus dirbtinis Žemės palydovas – aparatas, judantis aplink planetą rytų kryptimi (ta pačia kryptimi, kaip sukasi pati Žemė), apskrita pusiaujo orbita, kurios apsisukimo periodas lygus pačios Žemės sukimosi periodui.

Taigi, žiūrint iš Žemės geostacionarus palydovas, pamatysime jį nejudantį kabantį toje pačioje vietoje. Dėl šio nejudrumo ir didelio, apie 36 000 km aukščio, iš kurio matoma beveik pusė Žemės paviršiaus, į geostacionarią orbitą iškeliami reliniai televizijos, radijo ir ryšių palydovai.

Iš to, kad geostacionarus palydovas nuolat kabo virš to paties Žemės paviršiaus taško, kai kurie žmonės daro klaidingą išvadą, kad traukos jėga į Žemę neveikia geostacionaraus palydovo, kad gravitacijos jėga išnyksta tam tikru atstumu. iš Žemės, t.y. jie paneigia patį Niutoną. Žinoma, kad taip nėra. Pats palydovų paleidimas į geostacionarią orbitą apskaičiuojamas tiksliai pagal Niutono visuotinės gravitacijos dėsnį.

Geostacionarieji palydovai, kaip ir visi kiti palydovai, iš tikrųjų krenta į Žemę, bet nepasiekia jos paviršiaus. Juos veikia traukos prie Žemės jėga (gravitacinė jėga), nukreipta į jos centrą, o priešinga kryptimi palydovą veikia nuo Žemės atstumianti išcentrinė jėga (inercijos jėga), kurios balansuoja viena kitą – palydovas neskrenda nuo Žemės ir nenukrenta ant jos lygiai taip pat, kaip orbitoje lieka ant lyno besisukantis kibiras.

Jei palydovas visiškai nejudėtų, tada jis nukristų į Žemę, veikiamas traukos prie jo, tačiau palydovai juda, įskaitant geostacionarius (geostacionarius - kampiniu greičiu, lygiu Žemės sukimosi kampiniam greičiui, t.y. vienas apsisukimas per dieną, o žemesnių orbitų palydovų kampinis greitis yra didesnis, t. y. jie turi laiko padaryti kelis apsisukimus aplink Žemę per dieną). Tiesioginio paleidimo į orbitą metu palydovui lygiagrečiai Žemės paviršiui pranešamas linijinis greitis yra gana didelis (žemoje Žemės orbitoje – 8 kilometrai per sekundę, geostacionarioje orbitoje – 3 kilometrai per sekundę). Jei nebūtų Žemės, tada palydovas skristų tiesia linija tokiu greičiu, tačiau Žemės buvimas verčia palydovą ant jo kristi veikiamas gravitacijos, lenkdamas trajektoriją į Žemę, tačiau Žemės paviršius. Žemė nėra plokščia, ji išlenkta. Palydovui priartėjus prie Žemės paviršiaus, tiek Žemės paviršiaus išeina iš po palydovo, todėl palydovas nuolat yra tame pačiame aukštyje ir juda uždara trajektorija. Palydovas nuolat krenta, bet niekada negali kristi.

Taigi, visi dirbtiniai Žemės palydovai patenka į Žemę, bet - palei uždarą trajektoriją. Palydovai yra nesvarumo būsenoje, kaip ir visi krentantys kūnai (jei dangoraižyje sugenda liftas ir pradės laisvai kristi, tada viduje esantys žmonės taip pat bus nesvarumo būsenoje). TKS viduje esantys astronautai yra nesvarumo būsenoje ne dėl to, kad Žemės traukos jėga neveikia orbitoje (ten ji beveik tokia pati, kaip ir Žemės paviršiuje), o todėl, kad TKS laisvai krinta į Žemę – išilgai uždara apskritimo trajektorija.