Saat ini terdapat lebih dari 1.000 satelit buatan di orbit bumi. Mereka melakukan berbagai macam tugas dan memiliki desain yang berbeda. Namun mereka memiliki satu kesamaan - satelit berputar mengelilingi planet dan tidak jatuh.

Penjelasan cepat

Faktanya, satelit selalu jatuh ke bumi karena gravitasi. Namun mereka selalu meleset, karena mereka mempunyai kecepatan lateral yang ditentukan oleh inersia saat peluncuran.

Rotasi satelit mengelilingi bumi adalah kemundurannya yang terus-menerus.

Penjelasan

Jika Anda melempar bola ke udara, bola tersebut akan kembali ke bawah. hal ini dikarenakan gravitasi- kekuatan yang sama yang membuat kita tetap di Bumi dan mencegah kita terbang ke luar angkasa.

Satelit diluncurkan ke orbit dengan roket. Roket harus berakselerasi hingga 29.000 km/jam! Ini cukup cepat untuk mengatasi gravitasi yang kuat dan melepaskan diri dari atmosfer bumi. Setelah roket mencapai titik yang diinginkan di atas Bumi, ia melepaskan satelitnya.

Satelit menggunakan energi yang diterima dari roket untuk tetap bergerak. Gerakan ini disebut impuls.

Tapi bagaimana satelit bisa tetap berada di orbit? Bukankah dia akan langsung terbang ke luar angkasa?

Tidak terlalu. Bahkan ketika satelit berjarak ribuan kilometer, gravitasi bumi masih menariknya. Gravitasi bumi, dikombinasikan dengan momentum roket, menyebabkan satelit mengikuti jalur melingkar mengelilingi bumi - orbit.

Ketika satelit berada di orbit, ia memiliki keseimbangan sempurna antara momentum dan gaya gravitasi bumi. Namun menemukan keseimbangan ini cukup sulit.

Gravitasi semakin kuat jika semakin dekat jarak suatu benda dengan Bumi. Dan satelit yang mengorbit Bumi harus bergerak dengan kecepatan sangat tinggi agar tetap berada di orbit.

Misalnya saja satelit NOAA-20 yang mengorbit hanya beberapa ratus kilometer di atas bumi. Ia harus melaju dengan kecepatan 27.300 km/jam untuk tetap berada di orbit.

Sebaliknya, satelit GOES-East milik NOAA mengorbit Bumi pada ketinggian 35.405 km. Untuk mengatasi gravitasi dan tetap berada di orbit, dibutuhkan kecepatan sekitar 10.780 km/jam.

ISS terletak di ketinggian 400 km, sehingga kecepatannya 27.720 km/jam

Satelit dapat bertahan di orbit selama ratusan tahun, jadi kita tidak perlu khawatir satelit tersebut akan jatuh ke Bumi.

Bumi memiliki medan gravitasi yang kuat yang tidak hanya menarik benda-benda yang terletak di permukaannya, tetapi juga benda-benda luar angkasa yang, karena alasan tertentu, berada di dekatnya. Namun jika demikian, lalu bagaimana menjelaskan fakta bahwa satelit buatan yang diluncurkan manusia ke orbit bumi tidak jatuh ke permukaannya?

Menurut hukum fisika, benda apa pun yang terletak di orbit bumi pasti jatuh ke permukaannya karena tertarik oleh medan gravitasinya. Semua ini sepenuhnya benar, tetapi hanya jika planet tersebut berbentuk bola ideal, dan tidak ada gaya eksternal yang bekerja pada benda-benda yang terletak di orbitnya. Faktanya, tidak demikian. Bumi, karena rotasinya pada porosnya, agak menggembung di ekuator dan rata di kutub. Selain itu, satelit buatan dipengaruhi oleh kekuatan luar yang berasal dari Matahari dan Bulan. Oleh karena itu, mereka tidak jatuh ke permukaan bumi.

Mereka tetap berada di orbit justru karena bentuk planet kita tidak ideal. Medan gravitasi yang berasal dari Bumi cenderung menarik satelit ke dirinya sendiri, sehingga Bulan dan Matahari tidak dapat melakukan hal yang sama. Gaya gravitasi yang bekerja pada satelit dikompensasi, sehingga parameter orbitnya tidak berubah. Saat mereka mendekati kutub, gravitasi bumi menjadi lebih kecil, dan gaya gravitasi Bulan menjadi lebih besar. Satelit mulai bergeser ke arahnya. Saat melewati zona khatulistiwa, situasinya justru sebaliknya.

Ada semacam koreksi alami terhadap orbit satelit buatan. Karena alasan ini mereka tidak jatuh. Selain itu, di bawah pengaruh gravitasi bumi, satelit akan terbang dalam orbit bulat, berusaha mendekati permukaan bumi. Namun karena bumi bulat, permukaan bumi akan terus menjauhinya.

Fakta ini dapat ditunjukkan dengan contoh sederhana. Jika Anda mengikatkan beban ke tali dan mulai memutarnya dalam lingkaran, maka beban tersebut akan terus-menerus mencoba melarikan diri dari Anda, tetapi tidak dapat melakukan ini, dipegang oleh tali, yang dalam kaitannya dengan satelit, merupakan analog dari gravitasi bumi. . Dialah yang memegang satelit di orbitnya yang mencoba terbang ke luar angkasa. Oleh karena itu, mereka akan selamanya berputar mengelilingi planet ini. Meski begitu, ini hanyalah teori belaka. Ada sejumlah besar faktor tambahan yang dapat mengubah situasi ini dan menyebabkan satelit jatuh ke Bumi. Oleh karena itu, koreksi orbit terus dilakukan di ISS yang sama.

Bumi memiliki lebih dari seribu satelit yang berfungsi. Dan jika kita tidak menghentikan perkembangan kita, jumlah mereka mungkin akan bertambah banyak pada akhir abad ini. Meskipun demikian, alasan utama keberhasilan fungsi mereka, ternyata, tidak sepenuhnya jelas. Ya, ya, sebenarnya mereka seharusnya terjatuh.

Bayangkan Bumi bulat dalam ruang hampa. Dalam opsi ini, orbit satelit tidak terpengaruh oleh faktor-faktor yang mengganggu, dan satelit dapat tetap berada di sana, di atas kepala kita, hampir selamanya.

Jika Bumi berbentuk bulat seperti pada gambar, gravitasi Bulan akan melemparkan satelit apa pun dari orbitnya tanpa mesin vernier yang bertenaga dalam hitungan bulan. (Ilustrasi oleh Shutterstock)

Bumi sebenarnya juga hidup dalam ruang hampa, namun tidak sepenuhnya berbentuk bola. Selain itu, ia memiliki Bulan - sebuah benda yang, dengan gravitasinya, menimbulkan gangguan utama pada keluarga satelit keliling dan puing-puing luar angkasa yang tidak ramah. Penerapan langsung hukum mekanika langit terhadap pengaruh Bulan terhadap benda-benda buatan di luar angkasa mengarah pada kesimpulan bahwa hal itu dalam waktu singkat akan menyebabkan jatuhnya benda-benda tersebut ke atmosfer bumi yang diikuti dengan pembakarannya.

Jika Anda secara naluriah melirik navigator Anda untuk memastikan bahwa satelit GPS/GLONASS belum jatuh ke kepala Anda, maka kami memahami Anda. Situasinya terlihat sedikit misterius. Tenaga penyelamat macam apa yang bisa menahan semua ton besi ini?

Scott Tremaine dan Tomer Yavetz yang terkenal dari Universitas Princeton (AS) menjadi sangat tertarik dengan masalah ini dan mencoba, dengan menggunakan pemodelan komputer, untuk mencari tahu apa yang mencegah satelit menabrak cakrawala bumi. Menurut perhitungan, “nonsphericity” planet kita yang disebutkan di atas, serta pengaruh Matahari, adalah penyebabnya.

Planet kita, jika Anda ingat, agak pipih di bagian kutub dan sedikit cembung di sepanjang ekuator, yang merupakan hasil alami dari rotasinya. Dan “masuknya” khatulistiwa ini menciptakan penambahan gravitasi bumi, yang dihitung untuk bola, sehingga setiap pengaruh Bulan atau benda besar lainnya dikompensasi dan satu atau beberapa satelit tidak dapat dengan cepat bergeser ke satu arah, biasanya memakan waktu beberapa tahun. di orbit.

Terlebih lagi, jika tidak ada pengaruh gravitasi Matahari, maka hal ini saja tidak akan cukup untuk mengimbangi pengaruh Bulan. Dan hanya angsa, udang karang, dan tombak inilah yang menahan kereta pesawat ruang angkasa dekat Bumi di tempatnya, mencegahnya meluncur ke jurang atmosfer bumi.


Ilustrasi oleh Shutterstock.

Menariknya, perhitungan dengan jelas menunjukkan: jika planet kita sedikit lebih dekat ke bola, satelit pasti akan meninggalkan orbitnya dengan relatif cepat. Di satu sisi, hal ini tentu saja akan menyelamatkan kita dari sebagian sampah luar angkasa. Di sisi lain, apa gunanya mobil derek yang memburu semua mobil di jalan, dan bukan hanya mobil yang parkir sembarangan?

Disiapkan dari NewScientist. Gambar percikan milik Shutterstock.

Hari ini kita dapat keluar rumah di pagi atau sore hari dan melihat stasiun luar angkasa yang terang terbang di atas. Meskipun perjalanan luar angkasa telah menjadi bagian umum di dunia modern, bagi banyak orang, ruang angkasa dan isu-isu seputarnya tetap menjadi misteri. Misalnya, banyak orang yang tidak mengerti mengapa satelit tidak jatuh ke bumi dan terbang ke luar angkasa?

Fisika dasar

Jika kita melempar bola ke udara, maka bola tersebut akan segera kembali ke Bumi, sama seperti benda lainnya, seperti pesawat terbang, peluru, atau bahkan balon.

Untuk memahami mengapa sebuah pesawat luar angkasa mampu mengorbit Bumi tanpa jatuh, setidaknya dalam keadaan normal, kita perlu melakukan eksperimen pemikiran. Bayangkan Anda berada di atasnya tetapi tidak ada udara atau atmosfer. Kita perlu menghilangkan udara agar kita bisa membuat model kita sesederhana mungkin. Sekarang, Anda harus mendaki secara mental ke puncak gunung yang tinggi dengan membawa senjata untuk memahami mengapa satelit tidak jatuh ke Bumi.

Mari kita melakukan percobaan

Kami mengarahkan laras senapan tepat secara horizontal dan menembak ke arah ufuk barat. Proyektil akan terbang keluar dari moncongnya dengan kecepatan tinggi dan menuju ke barat. Segera setelah proyektil meninggalkan larasnya, ia akan mulai mendekati permukaan planet.

Saat bola meriam bergerak cepat ke barat, ia akan menghantam tanah agak jauh dari puncak gunung. Jika kita terus meningkatkan kekuatan senjatanya, proyektil akan jatuh ke tanah lebih jauh dari titik tembak. Karena planet kita berbentuk seperti bola, setiap kali peluru keluar dari moncongnya, peluru tersebut akan semakin jatuh karena planet juga terus berputar pada porosnya. Inilah sebabnya mengapa satelit tidak jatuh ke Bumi karena gravitasi.

Karena ini adalah eksperimen pemikiran, kita bisa membuat tembakan senjata menjadi lebih kuat. Lagi pula, kita dapat membayangkan situasi di mana proyektil bergerak dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan planet.

Pada kecepatan ini, tanpa hambatan udara yang memperlambatnya, proyektil akan terus mengorbit Bumi selamanya sambil terus jatuh menuju planet, namun Bumi juga akan terus jatuh dengan kecepatan yang sama, seolah-olah “melarikan diri” dari proyektil. Kondisi ini disebut jatuh bebas.

Saat latihan

Dalam kehidupan nyata, segala sesuatunya tidak sesederhana dalam eksperimen pikiran kita. Sekarang kita harus menghadapi hambatan udara, yang menyebabkan proyektil melambat, yang pada akhirnya mengurangi kecepatan yang dibutuhkan untuk tetap berada di orbit dan menghindari jatuh ke Bumi.

Bahkan pada jarak beberapa ratus kilometer dari permukaan bumi, masih terdapat hambatan udara yang mempengaruhi satelit dan stasiun luar angkasa dan menyebabkannya melambat. Hambatan ini pada akhirnya menyebabkan pesawat ruang angkasa atau satelit memasuki atmosfer, tempat ia biasanya terbakar akibat gesekan dengan udara.

Jika stasiun luar angkasa dan satelit lain tidak memiliki percepatan untuk mendorongnya lebih tinggi ke orbit, semuanya akan gagal jatuh ke Bumi. Dengan demikian, kecepatan satelit disesuaikan sehingga jatuh ke arah planet dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan planet menjauhi satelit. Inilah sebabnya satelit tidak jatuh ke Bumi.

Interaksi planet-planet

Proses yang sama berlaku untuk Bulan kita, yang bergerak dalam orbit jatuh bebas mengelilingi Bumi. Setiap detik, Bulan mendekati Bumi sekitar 0,125 cm, tetapi pada saat yang sama, permukaan planet bulat kita bergeser dengan jarak yang sama, menghindari Bulan, sehingga mereka tetap berada pada orbitnya relatif satu sama lain.

Tidak ada yang ajaib mengenai orbit atau jatuh bebas; mereka hanya menjelaskan mengapa satelit tidak jatuh ke Bumi. Itu hanya gravitasi dan kecepatan. Tapi ini sangat menarik, sama seperti segala hal lain yang berhubungan dengan luar angkasa.

Pertanyaan sederhana. Sebuah buku yang mirip dengan ensiklopedia Antonets Vladimir Aleksandrovich

Mengapa satelit tidak jatuh ke bumi?

Jawaban atas pertanyaan ini diberikan kembali di sekolah. Pada saat yang sama, mereka biasanya juga menjelaskan bagaimana keadaan tanpa bobot muncul. Semua ini sangat tidak sesuai dengan intuisi yang didasarkan pada pengalaman hidup duniawi sehingga sulit untuk dipahami. Oleh karena itu, ketika pengetahuan di sekolah terkikis (bahkan ada istilah pedagogis - “pengetahuan sisa”), orang-orang kembali bertanya-tanya mengapa satelit tidak jatuh ke Bumi dan keadaan tanpa bobot muncul di dalam pesawat ruang angkasa selama penerbangan.

Ngomong-ngomong, jika kita bisa menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, maka pada saat yang sama kita akan menjelaskan sendiri mengapa Bulan tidak jatuh ke Bumi, dan Bumi, pada gilirannya, tidak jatuh ke Matahari, meskipun gaya gravitasinya sebesar Matahari yang bekerja di Bumi sangat besar - sekitar 3,6 miliar miliar ton. Ngomong-ngomong, seseorang dengan berat 75 kg tertarik Matahari dengan gaya sekitar 50 g.

Pergerakan benda mematuhi hukum Newton dengan ketelitian yang sangat tinggi. Menurut hukum-hukum ini, dua benda yang berinteraksi, yang tidak dipengaruhi oleh gaya luar apa pun, dapat berada dalam keadaan diam relatif satu sama lain hanya jika gaya interaksinya seimbang. Kita berhasil berdiri tak bergerak di permukaan bumi karena gaya gravitasi dikompensasi secara tepat oleh gaya tekanan permukaan bumi pada permukaan tubuh kita. Pada saat yang sama, Bumi dan tubuh kita mengalami deformasi, itulah sebabnya kita merasa berat. Jika, misalnya, kita mulai mengangkat suatu jenis beban, kita akan merasakan beratnya melalui ketegangan otot dan deformasi tubuh, yang menyebabkan beban tersebut bertumpu pada tanah.

Jika tidak ada kompensasi kekuatan seperti itu, benda-benda mulai bergerak relatif satu sama lain. Pergerakan ini selalu mempunyai kecepatan yang berubah-ubah, baik besaran kecepatan maupun arahnya dapat berubah. Sekarang bayangkan kita telah mempercepat suatu benda, mengarahkan pergerakannya sejajar dengan permukaan bumi. Jika kecepatan awal kurang dari 7,9 km/s, yaitu kurang dari apa yang disebut kecepatan kosmik pertama, maka di bawah pengaruh gravitasi, kecepatan benda akan mulai berubah baik besaran maupun arahnya, dan pasti akan turun menjadi Bumi. Jika kecepatan percepatannya lebih dari 11,2 km/s, yaitu kecepatan kosmik kedua, benda tersebut akan terbang menjauh dan tidak pernah kembali ke Bumi.

Jika kecepatannya lebih besar dari kecepatan kosmik pertama, tetapi lebih kecil dari kecepatan kosmik kedua, maka ketika benda bergerak, hanya arah kecepatannya yang akan berubah, dan besarnya akan tetap konstan. Seperti yang Anda pahami, hal ini hanya mungkin terjadi jika benda bergerak dalam lingkaran tertutup, yang diameternya semakin besar, semakin dekat kecepatannya dengan kecepatan kosmik kedua. Artinya, tubuh telah menjadi satelit buatan Bumi. Dalam kondisi tertentu, pergerakan akan terjadi tidak sepanjang lintasan melingkar, melainkan sepanjang lintasan elips yang memanjang.

Jika suatu benda di wilayah Bumi dipercepat dengan arah tegak lurus ruas yang menghubungkan Bumi dengan Matahari dengan kecepatan 42 km/s, maka benda tersebut akan meninggalkan Tata Surya selamanya. Kecepatan orbit Bumi hanya 29 km/s, jadi untungnya ia tidak bisa terbang menjauhi Matahari atau jatuh di atasnya dan akan tetap menjadi satelitnya selamanya.

Teks ini adalah bagian pengantar.