Wonderful-planet - «Верх» і «низ» в русі штучних супутників Землі.

1. Чи вмієте ви викреслити еліпс?
2. Орбіти штучних супутників - кругові і еліптичні.
3. Довжина еліпса залежить від початкової швидкості штучного супутника.
4. Чи є межа дії земного тяжіння?
5. Швидкість руху штучного супутника по орбіті.

Штучні супутники Землі рухаються «вгору» і «вниз», то віддаляючись від Землі (від її центру), то знову наближаючись до неї. Третій радянський супутник (на початку свого польоту) над південною півкулею Землі злітав вгору до 1880 км. Але над нашим північним півкулею він опускався до 226 км, а потім знову кидався вгору. Ці дві точки: ближня до Землі (перигей) і далека (апогей) служать як би «підлогою» і «стелею», між якими вгору і вниз по еліпсу рухається супутник.

Чи вмієте ви викреслити еліпс?

У двох точках на аркуші паперу зміцните шпильками кінці нитки. А тепер олівцем обведіть криву навколо цих двох точок так, щоб натягнута нитка весь час обгинала олівець і ковзала по ньому. Вийде правильний еліпс.

Рис 1. Як викреслити еліпс і властивість фокусів еліпса.

• Дві точки, в яких встромлені шпильки, називаються фокусами еліпса.

Це дуже важливі точки - вони мають велике значення в русі небесних тіл. В орбітах штучних супутників в одному з двох фокусів еліпса знаходиться центр Землі . Забігаючи наперед, зауважимо, що сама Земля й інші планети теж рухаються по еліпсам, в одному з фокусів яких знаходиться Сонце. Зверніть увагу на чудову властивість цих точок. Яке б місце на еліпсі ви не зайняли, сума його відстаней до обох фокусів завжди однакова (на вашому кресленні вона дорівнює всій довжині нитки).

Орбіти штучних супутників - кругові і еліптичні.

Штучні супутники рухаються по еліптичних орбітах. Кругова орбіта - це окремий випадок еліптичної орбіти, при якому ексцентриситет «e» - міра сплюснотості еліпса - дорівнює нулю. Для кругової орбіти потрібна строго певна швидкість - для супутників, що обертаються недалеко від поверхні Землі, - 7,9 км / сек. І, якщо супутник полетить зі швидкістю хоча б трохи меншою, він почне наближатися до Землі і впаде на неї. Тому краще дати йому деякий надлишок швидкості, більше кругової. Але тоді, якщо швидкість хоча трохи перевищить кругову, супутник теж полетить не по колу, а по еліпсу, який іде за межі кругового шляху.

Але подивіться на малюнок - падаючи на землю від недостатньої швидкості, супутник, по суті, теж рухався б по еліпсу. Тільки цей еліпс перетинає земну кулю. Виходить, що кругова орбіта - це як би важкий випадок між еліпсами, що відводять від неї в ту або в іншу сторону - ближче до Землі або далі від неї.

Рис 2. Орбіти штучних супутників при різних початкових швидкостях.

За еліпсам рухаються і природні небесні тіла: Земля, планети. Закони їх руху були відкриті астрономом Кеплером, прозваним за це «законодавцем неба».

Рух штучного супутника по еліпсу корисніше для багатьох наукових цілей - для тих різноманітних досліджень, які виконує ця «розумна» автоматична лабораторія.

Літаючи між своїм «підлогою» і «стелею», то піднімаючись вгору, то опускаючись вниз, супутник проходить через різні верстви атмосфери в широкому проміжку понад півтори тисячі кілометрів (по висоті). Тому його прилади дають нам набагато багатші знання про щільність повітря, температурі, хімічному складі, електричному стані, про вплив Сонця і ін. На різних висотах. Ці відомості були б набагато біднішими, якби супутник летів по круговому шляху, весь час на одній висоті.

Довжина еліпса залежить від початкової швидкості штучного супутника.

Еліпси бувають різні.

• Чим більше початкова швидкість, з якою супутник виведений на орбіту, тим по більш подовженому еліпсу спрямовується він вдалину від Землі і піднімається вище до свого «стелі» (апогею) з тим, однак, щоб потім знову летіти вниз, до Землі.

Якщо збільшити початкову швидкість (на висоті 225 км) з 8 до 10 км / сек, супутник підніметься на відстань понад 31 000 км від центру Землі (в апогеї). При початковій швидкості 10,5 км / сек - на 600 000 км; при 10,8 км / сек - вже на 176 000 км, а при 10,9 км / сек - на 354 000 км (майже до орбіти Місяця). При 10,95 км / сек він залетить вже на відстань 720 000 км, майже вдвічі далі за Місяць! Треба тільки мати на увазі, що ми тут не взяли до уваги тяжіння Місяця, яке може значно ускладнити політ. Спробуйте викреслити такі все більш подовжені еліпси, збільшуючи для цього відстань між шпильками (фокусами еліпса).

Але як далеко не залетів б супутник по своєму подовженому еліпсу, «низом» для нього весь час залишається Земля, яка міцно тримає його силою свого тяжіння. Він може підніматися від неї на десятки і сотні тисяч кілометрів, але потім знову опускається до неї назад «вниз».

Чи є межа дії земного тяжіння?

На відстані приблизно в мільйон кілометрів воно хоча і діє, але стає таким малим, що практично вже перестає мати значення - Земля перестає бути «низом». І залетіла туди ракета повністю потрапляє в підпорядкування тяжінню Сонця - «низом» для неї стає Сонце.

Швидкість руху штучного супутника по орбіті.

Не думайте, однак, що супутник або космічна ракета уздовж всього свого шляху летять з тією величезною швидкістю, яка була повідомлена ним на початку польоту, поблизу Землі. Така швидкість була потрібна для виходу на орбіту. А потім, у міру того як ракета піднімається «вгору» все далі від Землі, швидкість її швидко зменшується. Так, перша радянська космічна ракета була запущена зі швидкістю понад 11,2 км / сек. Але вже на висоті 1500 км вона летіла зі швидкістю трохи більше 10 км / сек. На відстані ж 100 000 км від Землі швидкість її знизилася до 3,5 км / сек, а після зближення з Місяцем - навіть до 2 км / сек (по відношенню до Землі).

Якщо ракета рухається по еліпсу з поверненням до Землі, то в самій далекій точці шляху, у свого «стелі», вона має найменшу швидкість. У третій космічної ракети, фотографувати Місяць, вона зменшилася до півкілометра в секунду, і ракета кілька днів «повільно пливла» далеко за орбітою Місяця. Але потім, коли ракета знову «опускається вниз», до Землі, швидкість її знову збільшується і біля Землі досягає своєї первісної величезної величини.

Рис 3. Зміна швидкості штучних супутників при русі по орбіті.

Чи не хочеться вам порівняти це з каменем, кинутим вгору, а потім падає назад, вниз? Адже у нього теж швидкість при підйомі зменшується, а при падінні збільшується. Правда, у ракети рух вгору і вниз відбувається складніше - по еліпсу.

Це була стаття про те, що вважати «верхом» і «низом» при русі по орбіті штучних супутників Землі. Читаємо далі про те, що вважається «верхом» і «низом» при польотах на Місяць і назад: «Верх» і «низ» при польотах до Місяця і назад. Кордон рівних притягання.