מהי מהירות מסלולית?

כנס פורום קהלת בנושא היועמ"ש 2016- מושב רביעי (מרץ 2019).

Anonim

"גם הירח נופל? אם כן, אז למה הוא לא התנגש בכדור הארץ בדיוק כמו התפוח? "שאל ניוטון את עצמו לאחר שראה ענן תפוח מעץ בעיצומו של מצב רוח מהורהר. הירח, הבין ניוטון מאוחר יותר, נופל. זה, למעשה, נופל ללא הרף לעבר פני כדור הארץ, אבל זה לא לקרוס כי זה נופל באותו קצב שבו כדור הארץ מתעקל. זה גורם לירח להקיף אותנו. חכה

.

מה?

(צילום: Pexels)

מהירות מסלולית

כמו תותח יורה את הכדור במהירות גבוהה יותר, עם זאת, הכדור עקבות פרבולות ארוכות יותר, אבל עכשיו זה לא רק לכסות את פני השטח ליניארי, אלא גם את משטח מעוקל. הכדור, אם כן, נוסע אופקית בעת דריכה על פני השטח ליניארי אנכית בעת נפילה על משטח מעוקל.

ניוטון הבין שכאשר הכדור מונע במהירות מסוימת, מהירות קסם, הוא לעולם לא ייפול. בשעה זו מהירות, הכדור יהיה לעקוב אחר פני השטח ליניארי; בעצם, הוא נוסע אופקית, אבל לא אנכית, כי ברגע שהוא נופל, כדור הארץ שמתחתיו מתעקל: הכדור נופל באותו קצב כמו כדור הארץ עקום. עכשיו, מכיוון שהעיקולים הם חלקים של מעגל גדול, מסעו של הכדור מסתיים בסופו של דבר במקום שבו הוא התחיל; הוא עוקב בהצלחה את המעגל כולו, או משלים מסלול. מהירות הקסם הזו מכונה מהירות מסלולית.

במהירות האורביטלית, כוח הכבידה של כדור הארץ או של כל גוף שמימי מושך ירח לעבר מרכזו (שבו כל שקריו המוניים) מדמה את המתח שאתה מפעיל בקצה אחד של מחרוזת שגורמת לאבן המחוברת לקצה השני להתנדנד במעגלים סביבך : הוא הופך לכוח הצנטריפטלי המניע ירח או לוויין סביבו. המסלול, זה הכרחי לזכור, הוא לא מעגל מושלם, אלא אליפסה, בדיוק כמו מסלול כדור הארץ סביב השמש. עם זאת, את העקמומיות של שתי אליפסות או מה שנקרא מבחינה טכנית שלהם אקסצנטריות, הוא כל כך קטן, כי המסלולים נראה כמעט מעגלית.

אפשר להסיק מן הביטוי הראשון, מהירות יורדת עם r, המרחק של מסלול ממרכז כדור הארץ. משמעות הדבר היא כי לוויינים המקיפים קרוב יותר אל פני השטח של כדור הארץ חייב לנסוע מהר יותר מאשר לוויינים המקיפים הלאה. הירח, שנמצא כמעט 385, 000 ק"מ משם, מתרוצץ סביבנו ב -1.002 ק"מ לשנייה, ואילו תחנת החלל הבינלאומית (ISS), הנמצאת במרחק של רק 400 ק"מ משם, משלימה בחיקה כל 1.5 שעות, וממשיכה במהירות של 7.67 קמ"ש. שנית, המהירות אינה תלויה במסה של המסלול, כלומר, ירח של מיליוני טון או מסמר בודד חייב לנסוע באותה מהירות כדי להגיע למסלול סביב כדור הארץ (באותו מרחק, r, כלומר) .

לבסוף, זכור כי בעוד לוויינים, טבעיים או מלאכותיים, נראה לנסוע אופקית סביב כוכב לכת, הם למעשה בסתיו חופשי תמידי. כתוצאה מכך, הם חסרי משקל (לא massless). כן, הירח שוקל מאות מיליוני טונות על כדור הארץ, אבל בחלל, מסתובב סביבנו, הוא שוקל שום דבר, כפי שקורה ב- ISS. זו הסיבה לתושביה לצוף גם כאשר הם רק 400 ק"מ מעל פני כדור הארץ. למה זה כל כך? מאותה סיבה שתושבי המעלית הלא מחוברת נופלים מבעד לבניין צפים או מרגישים חסרי משקל. המשקל שלהם, עם זאת, הוא התאושש ברגע הרצפה נוגע הרגליים שלהם כאשר להרים את התרסקות, אבל אותו דבר לא ניתן לומר על הירח או לוויינים, כי הם נופלים ללא הרף.