Jelenleg több mint 1000 mesterséges műhold kering a Föld körül. Különféle feladatokat látnak el, és eltérő kialakításúak. De egy dolog egyesíti őket - a műholdak a bolygó körül keringenek, és nem esnek le.

Gyors magyarázat

Valójában a műholdak folyamatosan hullanak a Földre a gravitáció hatására. De mindig kihagyják, mert az indításkor tehetetlenségi nyomatékkal beállított oldalsebességgel rendelkeznek.

A műhold Föld körüli forgása az állandó bukás múltja.

Bővített magyarázat

Ha feldobja a labdát a levegőbe, a labda visszajön. Ez azért van gravitáció- ugyanaz az erő, amely a Földön tart, és nem engedi, hogy a világűrbe repüljünk.

A műholdak a rakétáknak köszönhetően kerülnek pályára. A rakétának fel kell szállnia 29.000 km/h-ig! Ez elég gyors ahhoz, hogy legyőzze az erős gravitációt és elhagyja a Föld légkörét. Amint a rakéta eléri a kívánt pontot a Föld felett, elengedi a műholdat.

A műhold a rakétától kapott energiát használja fel a mozgásban maradáshoz. Ezt a mozgást az ún lendület.

De hogyan maradhat pályán egy műhold? Nem repülne egyenes vonalban az űrbe?

Nem igazán. Még akkor is, ha egy műhold több ezer mérföldre van, a Föld gravitációja még mindig húzza. A Föld gravitációja a rakéta lendületével együtt arra készteti a műholdat, hogy egy körpályát kövessen a Föld körül - pálya.

Amikor egy műhold keringő pályán áll, tökéletes egyensúlyban van a lendület és a Föld gravitációja között. De ezt az egyensúlyt meglehetősen nehéz megtalálni.

A gravitáció annál erősebb, minél közelebb van egy tárgy a Földhöz. A Föld körül keringő műholdaknak pedig nagyon nagy sebességgel kell utazniuk ahhoz, hogy pályán maradjanak.

Például a NOAA-20 műhold mindössze néhány száz kilométerrel kering a Föld felett. 27 300 km/órás sebességgel kell haladnia, hogy pályán maradhasson.

Másrészt a NOAA GOES-East műhold 35 405 km-es magasságban kering a Föld körül. A gravitáció leküzdéséhez és a pályán maradáshoz körülbelül 10 780 km/h sebességre van szüksége.

Az ISS 400 km magasságban van, így a sebessége 27 720 km/h

A műholdak akár több száz évig is pályán maradhatnak, így nem kell attól tartanunk, hogy a Földre zuhannak.

A Föld erős gravitációs mezővel rendelkezik, amely nemcsak a felszínén található objektumokat vonzza, hanem azokat az űrobjektumokat is, amelyek valamilyen okból a közelében vannak. 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 elkezd feléje haladni. Az egyenlítői zónán való áthaladás során a helyzet éppen ellenkezővé válik.

Van egyfajta természetes korrekció a mesterséges műholdak pályáján. Emiatt nem esnek le. Ráadásul a föld gravitációjának hatására a műhold lekerekített pályán fog repülni, megpróbálva közelebb kerülni a földfelszínhez. De mivel a Föld kerek, ez a felszín folyamatosan menekülni fog előle.

Ez a tény egy egyszerű példával igazolható. Ha egy nehezéket köt egy kötélhez, és elkezdi körben 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 tartja pályájukon a műholdakat, és igyekeznek a világűrbe repülni. 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.

A Földnek több mint ezer működő műholdja van. Ha pedig nem bábozunk a fejlődésünk során, számuk a század végére egy nagyságrenddel növekedhet. Ennek ellenére a viszonylag sikeres működésük oka, mint kiderült, nem teljesen világos. Igen, igen, valójában le kellene esniük.

Képzeljünk el egy gömb alakú Földet vákuumban. Ilyenkor a műholdak pályáját nem befolyásolják zavaró tényezők, és szinte örökre ott, a fejünk felett maradhatnak.

Ha a Föld olyan gömbölyű lenne, mint a képen, a Hold gravitációja minden műholdat néhány hónap alatt kiütne pályájáról, erős nóniuszmotorok nélkül. (Shutterstock illusztráció.)

A valódi Föld is légüres térben él, de nem szigorúan gömb alakú. Ezen kívül nála van a Hold – egy test, amely gravitációjával bevezeti a fő rendellenességet a környező műholdak és űrszemét barátságtalan családjába. Az égi mechanika törvényeinek frontális alkalmazása a Hold mesterséges objektumokra gyakorolt ​​hatására az űrben arra a következtetésre vezet, hogy ennek rövid időn belül az ilyen testek földi légkörbe való eséséhez kell vezetnie, majd égésükkel együtt.

Ha ösztönösen ránézett a navigátorára, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a GPS / GLONASS műholdak még nem estek a fejére, akkor megértjük. A helyzet kissé elgondolkodtatónak tűnik. Milyen megtakarító erő tartja magasban ezt a sok tonna vasat?

A hírhedt Scott Tremaine és Tomer Yavetz a Princeton Egyetemről (USA) komolyan érdeklődött a kérdés iránt, és számítógépes szimulációk segítségével próbálták kideríteni, mi akadályozza meg a műholdak becsapódását a Földbe. A számítások szerint ezért bolygónk már említett „nem gömbölyűsége”, valamint a Nap hatása okolható.

Bolygónk, ha emlékszel, kissé lapított a pólusoknál, és kissé domború az egyenlítő mentén, ami a forgásának természetes eredménye. És ez a nagyon egyenlítői "beáramlás" olyan hozzáadást hoz létre a Föld gravitációjához, amelyet a gömbre számítanak, hogy a Hold vagy más nagy objektumok bármilyen hatása kompenzálódik, és egyik vagy másik műhold nem tud gyorsan egy irányba mozogni, általában több év múlva. pálya .

Sőt, ha nem lenne a Nap gravitációs hatása, akkor ez önmagában nem lenne elég a Hold befolyásának kompenzálására. És csak ezek a hattyúk, rákok és csukák tartják a helyén a földközeli űrhajók szekerét, megakadályozva, hogy becsússzon a földi légkör szakadékába.


Shutterstock illusztráció.

Érdekesség, hogy a számítások egyértelműen azt mutatják, hogy ha bolygónk valamivel közelebb lenne a gömbhöz, akkor a műholdak elkerülhetetlenül és viszonylag gyorsan kikerülnének a pályáról. Ez egyrészt persze megkímélne minket az űrszemét egy részétől. Másrészt mit ér egy vontató, amely az úton lévő összes autóra vadászik, és nem csak a hanyagul parkolókra?

A NewScientistből átdolgozva. Az indítóképernyő képe a Shutterstockhoz tartozik.

Ma már kora reggel vagy este kiléphetünk otthonunkból, és láthatunk egy fényes űrállomást repülni a fejünk felett. Bár az űrutazás a modern világ rendszeres részévé vált, sok ember számára a világűr és a vele kapcsolatos problémák továbbra is rejtélyek maradnak. Így például sokan nem értik, hogy a műholdak miért nem esnek le a Földre és repülnek az űrbe?

elemi fizika

Ha a levegőbe dobunk egy labdát, az hamarosan visszatér a Földre, akárcsak minden más tárgy, például egy repülőgép, egy golyó, vagy akár egy léggömb.

Ahhoz, hogy megértsük, miért képes egy űrhajó lezuhanás nélkül keringeni a Föld körül, legalábbis normál körülmények között, el kell végezni egy gondolatkísérletet. Képzeld el, hogy be van kapcsolva, de nincs rajta levegő és légkör. Meg kell szabadulnunk a levegőtől, hogy modellünket a lehető legegyszerűbbé tudjuk tenni. Most mentálisan fel kell másznod egy magas hegy tetejére fegyverrel, hogy megértsd, miért nem esnek le a műholdak a Földre.

Állítsunk be egy kísérletet

A fegyver csövét pontosan vízszintesen irányítjuk, és a nyugati horizont felé lövünk. A lövedék nagy sebességgel kirepül a torkolatból, és nyugat felé indul. Amint a lövedék elhagyja a csövet, elkezd közeledni a bolygó felszínéhez.

Ahogy az ágyúgolyó gyorsan halad nyugat felé, a hegy tetejétől bizonyos távolságra a földre esik. Ha tovább növeljük az ágyú erejét, a lövedék a lövéstől sokkal távolabb éri el a földet. Mivel bolygónk gömb alakú, minden alkalommal, amikor egy golyót kilőnek a torkolatból, tovább fog esni, mert a bolygó is tovább forog a tengelye körül. Ez az oka annak, hogy a műholdak nem esnek a Földre a gravitáció hatására.

Mivel ez egy gondolatkísérlet, erősebbé tehetjük a fegyver lövését. Elvégre elképzelhetünk egy olyan helyzetet, amelyben a lövedék ugyanolyan sebességgel mozog, mint a bolygó.

Ezzel a sebességgel, anélkül, hogy légellenállást lassítana, a lövedék örökké a Föld körül kering, miközben folyamatosan a bolygó felé zuhan, de a Föld is ugyanolyan sebességgel zuhan tovább, mintha "kikerülné" a Földet. lövedék. Ezt az állapotot szabadesésnek nevezik.

A gyakorlatról

A való életben a dolgok nem olyan egyszerűek, mint a mi gondolatkísérletünkben. Most a légellenállással kell megküzdenünk, ami miatt a lövedék lelassul, végül megfosztja attól a sebességtől, amelyre szüksége van ahhoz, hogy pályán maradjon, és ne zuhanjon le a Földre.

Még a Föld felszínétől több száz kilométeres távolságban is van némi légellenállás, amely a műholdakra és űrállomásokra hat, és lelassítja azokat. Ez a légellenállás végül azt okozza, hogy az űrjármű vagy a műhold belép a légkörbe, ahol a levegővel való súrlódás miatt rendesen kiégne.

Ha az űrállomások és más műholdak nem kapnának lendületet ahhoz, hogy magasabbra tolják őket a pályán, akkor mindegyik sikertelenül zuhanna a Földre. Így a műhold sebességét úgy állítják be, hogy ugyanolyan sebességgel essen a bolygóra, ahogyan a bolygó elhajlik a műholdtól. Ezért nem esnek a műholdak a Földre.

Bolygó kölcsönhatás

Ugyanez a folyamat vonatkozik Holdunkra is, amely szabadeső pályán mozog a Föld körül. A Hold másodpercenként körülbelül 0,125 cm-re közelít a Földhöz, ugyanakkor gömbbolygónk felszíne ugyanekkora távolságra mozog, elkerülve a Holdat, így egymáshoz képest pályájukon maradnak.

A keringési pályákban és a szabadesés jelenségében nincs semmi varázslat – csak azt magyarázzák, miért nem esnek a műholdak a Földre. Csak a gravitáció és a sebesség. De ez is hihetetlenül érdekes, mint minden más, ami az űrrel kapcsolatos.

Egyszerű kérdések. Antonets Vladimir Aleksandrovich 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 egy ilyen pedagógiai kifejezés is létezik - „maradék tudás”), az emberek ismét csodálkoznak, hogy a műholdak miért nem esnek a Földre, és a repülés során súlytalanság lép fel az űrhajó belsejében.

Egyébként, ha ezekre a kérdésekre tudunk válaszolni, akkor egyúttal tisztázzuk magunknak, hogy a Hold miért nem esik 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 a kölcsönhatási erők egyensúlyban vannak. 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 emelni valamilyen terhelést, akkor az izomfeszülésen és a test deformációján keresztül 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 úgynevezett első kozmikus sebesség, akkor a föld gravitációjának hatására a test sebessége mind nagyságrendben, mind irányban változni kezd, és minden bizonnyal a Földre fog esni. 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 érti, 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 42 km/s sebességig szétszóródik, akkor örökre elhagyja a Naprendszert. A Föld keringési sebessége mindössze 29 km/s, így szerencsére nem tud elrepülni a Naptól, nem tud ráesni, és örökké a műholdja marad.

Ez a szöveg egy bevezető darab.