Zem má moc gravitačné pole, ktorá k sebe priťahuje nielen predmety nachádzajúce sa na jej povrchu, ale aj tie vesmírne objekty, ktoré sa z nejakého dôvodu nachádzajú v jeho tesnej blízkosti. Ale ak je to tak, ako potom vysvetliť skutočnosť, že umelé družice vypustené človekom na obežnú dráhu Zeme nedopadajú na jej povrch?

Podľa fyzikálnych zákonov musí každý objekt na obežnej dráhe Zeme nevyhnutne spadnúť na jej povrch, pričom ho priťahuje gravitačné pole. To všetko je absolútna pravda, ale iba v prípade, že by planéta mala tvar ideálnej gule a na objekty na jej obežnej dráhe by nepôsobili vonkajšie sily. V skutočnosti nie je. Zem je v dôsledku rotácie okolo svojej vlastnej osi na rovníku trochu opuchnutá a na póloch sploštená. Umelé satelity sú navyše ovplyvňované vonkajšími silami vychádzajúcimi zo Slnka a Mesiaca. Z tohto dôvodu nepadajú na povrch Zeme.

Na obežnej dráhe sa držia práve vďaka tomu, že naša planéta nemá ideálny tvar. Gravitačné pole vychádzajúce zo Zeme má tendenciu priťahovať satelity, čím bráni Mesiacu a Slnku, aby urobili to isté. Dochádza ku kompenzácii gravitačných síl pôsobiacich na satelity, v dôsledku čoho sa nemenia parametre ich dráh. Počas ich približovania sa k pólom sa zemská príťažlivosť znižuje a gravitačná sila Mesiaca je väčšia. Satelit sa začne pohybovať smerom k nej. Pri jeho prechode rovníkovým pásmom sa situácia stáva priamo opačnou.

Existuje akási prirodzená korekcia obežnej dráhy umelých satelitov. Z tohto dôvodu nepadajú. Navyše, pod vplyvom zemskej gravitácie bude satelit lietať po zaoblenej obežnej dráhe a pokúsiť sa priblížiť zemského povrchu. Ale keďže je Zem guľatá, tento povrch od nej neustále uteká.

Túto skutočnosť možno preukázať v jednoduchý príklad. Ak na lano priviažete závažie a začnete ním otáčať v kruhu, bude sa neustále snažiť od vás utiecť, ale nedokáže to, držané lanom, ktoré je vo vzťahu k satelitom analógom zemského lana. gravitácia. Je to ona, ktorá sa drží na svojej obežnej dráhe a snaží sa na ňu priletieť otvorený priestor satelitov. Z tohto dôvodu sa budú navždy točiť okolo planéty. Aj keď, toto je čisto teória. Existuje obrovské množstvo dodatočných faktorov, ktoré môžu túto situáciu zmeniť a spôsobiť pád satelitu na Zem. Z tohto dôvodu sa na tej istej ISS ​​neustále vykonáva korekcia obežnej dráhy.

Jednoduché otázky. Kniha podobná encyklopédii Antonets Vladimir Alexandrovič

Prečo satelity nepadajú na Zem?

Odpoveď na túto otázku dostanete v škole. Zároveň väčšinou vysvetľujú aj to, ako beztiažový stav vzniká. To všetko je tak v rozpore s intuíciou, založenou na skúsenostiach z pozemského života, že to nesedí dobre v hlave. A preto, keď školské vedomosti zmiznú (existujú aj také pedagogický termín- „zvyškové znalosti“), ľudia sa opäť čudujú, prečo satelity nepadajú na Zem a dovnútra vesmírna loď stav beztiaže nastáva počas letu.

Mimochodom, ak dokážeme odpovedať na tieto otázky, tak si zároveň ujasníme, prečo Mesiac nepadá na Zem a Zem zase nepadá na Slnko, hoci gravitačná sila tzv. Slnko pôsobiace na Zem je obrovské - asi 3, 6 miliardy ton. Mimochodom, človeka s hmotnosťou 75 kg priťahuje Slnko silou asi 50 g.

Pohyb telies s veľmi vysokou presnosťou sa riadi Newtonovými zákonmi. Podľa týchto zákonov môžu byť dve interagujúce telesá, na ktoré nepôsobia žiadne vonkajšie sily, vo vzájomnom pokoji len vtedy, ak sú sily ich vzájomného pôsobenia vyrovnané. Na zemskom povrchu sa nám darí stáť nehybne, pretože sila zemskej príťažlivosti je presne kompenzovaná silou tlaku zemského povrchu na povrch nášho tela. Zároveň dochádza k deformácii Zeme a nášho tela, vďaka čomu pociťujeme ťažkosť. Ak napríklad začneme zdvíhať nejaké bremeno, pocítime jeho ťažkosť prostredníctvom svalového napätia a deformácie tela, cez ktoré sa bremeno opiera o zem.

Ak nedôjde k takejto kompenzácii síl, telesá sa začnú voči sebe pohybovať. Tento pohyb má vždy premenlivú rýchlosť a môže sa meniť ako veľkosť rýchlosti, tak aj jeho smer. Teraz si predstavte, že sme rozptýlili nejaké teleso, ktoré smeruje jeho pohyb rovnobežne s povrchom Zeme. Ak bola štartovacia rýchlosť menšia ako 7,9 km/s, teda menšia ako prvá tzv vesmírna rýchlosť, potom sa vplyvom gravitacie zacne rychlost telesa menit co do velkosti aj smeru a urcite padne k Zemi. Ak bola rýchlosť zrýchlenia vyššia ako 11,2 km/s, teda druhá vesmírna rýchlosť, teleso odletí a už sa na Zem nevráti.

Ak bola rýchlosť väčšia ako prvá, ale menšia ako druhá kozmická rýchlosť, potom sa pri pohybe telesa zmení iba smer rýchlosti a hodnota zostane konštantná. Ako viete, je to možné iba vtedy, ak sa telo pohybuje v začarovanom kruhu, ktorého priemer je tým väčší, čím je rýchlosť bližšie k druhej kozmickej. To znamená, že teleso sa stalo umelým satelitom Zeme. Za určitých podmienok nebude pohyb prebiehať po kruhovej, ale pozdĺž predĺženej eliptickej trajektórie.

Ak sa teleso v oblasti Zeme rozptýli v smere kolmom na segment spájajúci Zem so Slnkom, až do rýchlosti 42 km/s, navždy opustí limity slnečná sústava. Zem má obežnú rýchlosť len 29 km/s, takže, našťastie, nemôže od Slnka ani odletieť, ani naň spadnúť a navždy zostane jej satelitom.

Tento text je úvodným dielom.

Prečo satelit nespadne na Zem?

Táto otázka je často počuť. Kvalitatívnu odpoveď na ňu možno získať pomocou nasledujúceho mentálneho experimentu. Predpokladajme, že na Zemi je hora vysoká 200 km a vy ste vystúpili na jej vrchol. Hoď kameň z vrcholu hory. Čím viac sa budete hojdať, tým ďalej kameň poletí. Najprv padne na úbočie hory, potom na podrážku a nakoniec sa bod jeho pádu ukryje niekde za horizontom. Samozrejme, predpokladáme, že máte skutočne herkulovskú silu (čo samozrejme veľmi pomohlo čistému horskému vzduchu). Môžete hodiť kameň tak, že spadne na opačnú stranu Zeme a dokonca aj na úpätí hory, ale na druhej strane obíde Zem.Trochu viac úsilia a kameň obíde Zem, zapískal nad vašou hlavou a zmenil sa na akýsi bumerang.A teraz spojte let kameňa s otázkou - prečo satelit nespadne na Zem.

Led myšlienkový experiment ukazuje, že satelit neustále padá na Zem. Nečudujte sa, padá a snaží sa dotknúť povrchu Zeme. Čo sa deje? Predpokladajme, že Zem má tvar gule, jej pole je centrálne a k letu satelitov dochádza priamo nad jej povrchom, povedzme, vo výške jedného metra. Teoreticky je to možné. Na obr. 21 cez OA je vyznačený polomer kruhovej dráhy satelitu. Nech je satelit v určitom okamihu v bode A a rýchlosť jeho letu smeruje pozdĺž priamky AB, kolmo na polomer OA.

Ak by Zem nebola priťahovaná, potom by sa satelit po nejakom krátkom čase nachádzal v bode B, ktorý leží na pokračovaní vektora rýchlosti, a vzdialil by sa od bodu A na vzdialenosť AB. Ale kvôli príťažlivosti Zeme je jej dráha letu zakrivená a preto satelit skončí v nejakom bode C. A to znamená, že keď uvažujeme let satelitu konštantnou rýchlosťou so súčasným „pádom“ smerom k Zem vďaka svojej príťažlivosti nezískavame nič iné ako obeh okolo kruhového objazdu. Teraz je jasné, prečo satelit nedosiahne povrch Zeme: ako veľmi sa satelit odchýli priamočiary pohyb v dôsledku vplyvu príťažlivých síl Zeme sa povrch Zeme v dôsledku guľatosti "vzďaľuje" od priamky. Obrazne povedané, satelit sa neustále snaží akoby dostať na povrch Zeme a povrch Zeme, zakrivený, od neho uteká. A tento proces pokračuje počas celého letu, v dôsledku čoho sa satelit nemôže žiadnym spôsobom dostať na povrch Zeme. Paradoxnosť tohto javu však nie je prekvapujúca, dá sa nájsť slušná „pozemská“ obdoba. Spomeňte si na skúsenosť, keď sa uvažovalo o rotácii závažia na predĺženej strune. V procese rotácie neustále ťaháte závažie k sebe pomocou lana, no napriek tomu sa vám nikdy nedostane do ruky a vôbec vás to neprekvapuje. Niečo podobné sa deje v kozmickom meradle: gravitačná sila Zeme je samotné lano, ktoré drží satelit a núti ho otáčať sa okolo Zeme.

Ako viete, geostacionárne satelity visia nehybne nad zemou nad tým istým bodom. Prečo nepadnú? V tej výške nie je gravitácia?

Odpoveď

Geostacionárna umelá družica Zeme je prístroj, ktorý sa pohybuje okolo planéty východným smerom (v rovnakom smere, akým sa sama Zem otáča), po kruhovej rovníkovej dráhe s periódou otáčania rovnajúcou sa perióde vlastnej rotácie Zeme.

Teda pri pohľade zo Zeme geostacionárny satelit, uvidíme ho nehybne visieť na tom istom mieste. Kvôli tejto nehybnosti a vysokej nadmorskej výške asi 36 000 km, z ktorej je viditeľná takmer polovica zemského povrchu, sú na geostacionárnu obežnú dráhu umiestnené reléové satelity pre televíziu, rádio a komunikáciu.

Zo skutočnosti, že geostacionárny satelit neustále visí nad tým istým bodom na zemskom povrchu, niektorí ľudia robia nesprávny záver, že sila príťažlivosti k Zemi nepôsobí na geostacionárny satelit, že sila gravitácie v určitej vzdialenosti zmizne. zo Zeme, teda vyvracajú samého Newtona. Samozrejme, že nie. Samotný štart satelitov na geostacionárnu dráhu je vypočítaný presne podľa Newtonovho zákona univerzálnej gravitácie.

Geostacionárne satelity, rovnako ako všetky ostatné satelity, skutočne padajú na Zem, ale nedosiahnu jej povrch. Pôsobí na ne príťažlivá sila k Zemi (gravitačná sila) smerujúca k jej stredu a v opačnom smere na družicu pôsobí odstredivá sila odpudzujúca sa od Zeme (zotrvačná sila), ktoré sa navzájom vyrovnávajú - tzv. družica neodletí od Zeme a nespadne na ňu presne tak, ako na jej obežnej dráhe zostáva vedro točiace sa na lane.

Ak by sa družica nepohybovala vôbec, padla by pod vplyvom príťažlivosti k Zemi, ale družice sa pohybujú, vrátane geostacionárnych (geostacionárnych - s uhlovou rýchlosťou rovnajúcou sa uhlovej rýchlosti rotácie Zeme, t.j. jednu otáčku za deň a pre satelity na nižších dráhach je uhlová rýchlosť väčšia, t.j. stihnú urobiť niekoľko otáčok okolo Zeme za deň). Lineárna rýchlosť hlásená satelitu paralelne so zemským povrchom počas priameho štartu na obežnú dráhu je pomerne veľká (na nízkej obežnej dráhe Zeme - 8 kilometrov za sekundu, na geostacionárnej dráhe - 3 kilometre za sekundu). Ak by neexistovala Zem, tak by družica letela po priamke takou rýchlosťou, ale prítomnosť Zeme spôsobí, že družica na ňu vplyvom gravitácie spadne, ohne trajektóriu smerom k Zemi, ale povrch Zem nie je plochá, je zakrivená. Pokiaľ sa satelit približuje k povrchu Zeme, zemský povrch sa vzďaľuje spod satelitu, a teda satelit je neustále v rovnakej výške a pohybuje sa po uzavretej trajektórii. Satelit neustále klesá, ale nikdy nemôže spadnúť.

Takže všetky umelé satelity Zeme padajú na Zem, ale - po uzavretej trajektórii. Satelity sú v stave beztiaže, ako všetky padajúce telá (ak sa výťah v mrakodrape pokazí a začne voľne padať, ľudia vo vnútri budú tiež v stave beztiaže). Astronauti vo vnútri ISS nie sú v stave beztiaže nie preto, že by sila príťažlivosti k Zemi nepôsobila na obežnej dráhe (tam je takmer rovnaká ako na povrchu Zeme), ale preto, že ISS voľne padá na Zem - pozdĺž uzavretá kruhová trajektória.