ما هي السرعة المدارية؟

16ـ السرعة المدارية للأقمار الصناعية حول الأرض (أبريل 2019).

Anonim

"هل يقع القمر أيضًا؟ إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا لم يتحطم إلى الأرض مثل التفاحة؟ ”سأل نيوتن نفسه بعد أن شاهد سقوط تفاحة من شجرة في مزاج تأملي. القمر ، أدرك نيوتن في وقت لاحق ، لا يسقط. إنه ، في الواقع ، يسقط باستمرار نحو سطح الأرض ، لكنه لا ينهار لأنه يسقط بنفس المعدل الذي تنحني به الأرض. هذا يجعل القمر يدور حولنا. انتظر

.

ماذا؟

(نوع الصورة: Pexels)

السرعة المدارية

وبينما يطلق المدفع الكرة بسرعات أعلى وأعلى ، فإن الكرة تتعقب قطيرات أطول وأطول ، ولكنها الآن لا تغطي السطح الخطي فحسب ، بل أيضا السطح المنحني. وبالتالي ، فإن الكرة تسافر أفقيا أثناء تحريك سطحها الخطي وعموديًا أثناء السقوط على السطح المنحني.

أدرك نيوتن أنه عندما تكون الكرة مدفوعة بسرعة سحرية معينة ، فإنها لن تسقط أبداً. في هذه السرعة ، ستقوم الكرة بتتبع السطح الخطي ؛ في الأساس ، تسافر أفقياً ، ولكن ليس رأسياً ، لأنه بمجرد سقوطها ، تحتل الأرض تحتها: تسقط الكرة بنفس معدل منحنيات الأرض. الآن ، لأن المنحنيات هي أجزاء من دائرة كبيرة ، تنتهي رحلة الكرة في النهاية حيث بدأت. يتتبع بنجاح الدائرة بأكملها ، أو يكمل مدارًا. هذه السرعة السحرية تعرف بالسرعة المدارية.

في السرعة المدارية ، تحاكي قوة جاذبية الأرض أو أي جسم سماوي تجتذب القمر نحو مركزه (حيث تكمن كل كتلته) التوتر الذي تمارسه على أحد طرفي سلسلة تسبب حجرًا مربوطًا بالطرف الآخر للتأرجح في دوائر حولك : يصبح القوة المركزية التي تقود القمر أو الأقمار الصناعية حوله. المدار ، من الضروري أن نتذكر ، ليست دائرة مثالية ، بل هي شكل بيضاوي ، تماما مثل مدار الأرض حول الشمس. ومع ذلك ، فإن انحناء كلا الحذفين أو ما يسمى تقنيتها اللامركزية ، صغير للغاية بحيث تبدو المدارات شبه دائري.

يمكن للمرء أن يستنتج من التعبير الأول ، أن السرعة تتناقص مع r ، وهي مسافة المدار من مركز الأرض. وهذا يعني أن الأقمار الصناعية التي تدور بالقرب من سطح الأرض يجب أن تسير بسرعة أكبر من الأقمار الصناعية التي تدور في مكان أبعد. القمر الذي يقع على بعد 385 ألف كيلومتر تقريباً ، يتسابق حولنا بسرعة 1.002 كم / ثانية ، في حين أن محطة الفضاء الدولية (ISS) ، على بعد 400 كم فقط ، تكمل دورة كل 1.5 ساعة ، تسابق بسرعة 7.67 كلم / ثانية. وثانيا ، تكون السرعة مستقلة عن كتلة m في المدار ، مما يعني أنه يجب أن يسافر قمر يبلغ وزنه ملايين الأطنان أو مسمار من غرام واحد بنفس السرعة لتحقيق المدار حول الأرض (على نفس المسافة ، r ، أي) .

وأخيرًا ، تذكر أنه في الوقت الذي تبدو فيه السواتل ، الطبيعية أو الاصطناعية ، مسافرة أفقيًا حول الكوكب ، فهي في الواقع تسقط دائمًا. نتيجة لذلك ، هم عديمات الوزن (وليس كتلة). نعم ، القمر يزن مئات الملايين من الأطنان على الأرض ، لكن في الفضاء ، يدور حولنا ، لا يزن شيئًا على الإطلاق ، كما هو الحال مع محطة الفضاء الدولية. لهذا السبب يطفو سكانها حتى عندما يكونون على بعد 400 كم فقط فوق سطح الأرض. لماذا هو كذلك؟ وللسبب نفسه ، فإن سكان مصعد غير محاط بسلك يقعون في مبنى يطفو أو يشعرون بالوزن. ومع ذلك ، يتم استعادة وزنهم لحظة تلامس الأرض أقدامهم عندما تعطل المصعد ، ولكن لا يمكن قول الشيء نفسه عن القمر أو الأقمار الصناعية ، لأنها تقع دون توقف.