Почему с неба не падают спутники. Что их держит на орбите

сила гравитации

Спутники останавливаются на орбите благодаря взаимодействию гравитации и их скоростью. К выходу в космос спутник нейтрализуется гравитационным притяжением Земли, так что он находится в идеальном равновесии. Это тот же принцип, который объясняет, как естественные спутники, такие как Луна, замыкаются на орбите планеты.

Но некоторым очень умным людям пришлось провести очень сложную математику, чтобы спроектировать идеальный запуск спутника. Если спутник движется слишком быстро, он улетает в космос. Слишком медленно, и ему суждено врезаться в атмосферу.

При правильном расстоянии, скорости и траектории объект может противостоять гравитационному притяжению Земли долгое время. Фактически, гравитация — та же сила, которая пытается вытащить их на поверхность — является жизненно важной силой, удерживая спутники на орбите.

Если вы когда-нибудь катались на американских горках, вы знаете это странное ощущение, которое возникает у вас на поворотах или падении. С физической точки зрения это ощущение вызвано инерцией, тележка меняет направление, а ваше тело сопротивляется этому сдвигу. Вы надежно пристегнуты к тележке, но у ваших внутренних органов немного больше свободы действий. Итак, в течение нескольких мгновений они по сути продолжают двигаться по старой траектории, в то время как остальная часть вашего тела находится на новой.

Этот процесс четко резюмируется в первом законе движения: объект, движущийся по прямой линии или в состоянии покоя, будет поддерживать это состояние до тех пор, пока на него не будет воздействовать внешняя сила.

Искусственные и естественные спутники полагаются на этот закон, чтобы оставаться на орбите. Поскольку в космосе нет сопротивления воздуха, когда тело начинает двигаться, практически нечему его замедлять. Он не теряет кинетическую энергию (импульс), поэтому может двигаться вечно.

Спутники, которые мы строим сегодня, получают энергию от ракет, которые выводят их на орбиту. У них есть внутренние источники топлива и подруливающие устройства, но они не используются для поддержания скорости. Они предназначены для маневров, таких как уход от мусора или смещение с орбиты. Ракеты наделяют спутники, которые они несут, довольно большой энергией, поскольку им необходимо двигаться со скоростью не менее 28 330 км / ч, чтобы избежать гравитации Земли. После отделения от спутника остается достаточно энергии, для поддержания спутника на орбите планеты в течение нескольких десятилетий.

Тем не менее, цель спутника — оставаться поблизости, здесь действует еще одна сила — гравитация. В то время как импульс заставляет спутники двигаться, гравитация — это то, что удерживает их на нашей орбите.

Если вы наполните ведро водой и закрутите его очень быстро, вы увидите, что вода не выливается из него. Вода прижата к дну по инерции, но это ведро и ваша рука работают против этой силы.

Для спутников земная гравитация действует как рука и ведро в приведенном выше примере. Один действительно простой способ понять этот процесс — представить спутник как ракету, которая постоянно движется вперед, привязанной очень длинной цепью к центру нашей планеты — она будет просто вращаться по кругу.

Здесь важно соблюдать правильную дистанцию. Другими словами, поместите спутник слишком близко к Земле, и он упадет. Положите его слишком далеко, и он улетит в космос.