Параграф 21 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Искусственные спутники Земли

Принцип движения спутников

Искусственные спутники Земли (ИСЗ) движутся по орбитам вокруг нашей планеты. Основной принцип их движения заключается в свободном падении под действием силы тяжести. Спутник удерживается на орбите за счёт того, что его скорость направлена по касательной к окружности, и сила тяжести лишь изменяет направление его движения, создавая центростремительное ускорение. Если бы не было сопротивления воздуха и трения, спутник мог бы двигаться по орбите бесконечно.

Движение по окружности

При определённой скорости спутник двигается по замкнутой криволинейной траектории. Если скорость достаточна, чтобы компенсировать гравитационное притяжение, спутник не падает на Землю, а движется по круговой или эллиптической орбите. Такой вид движения характерен и для планет, вращающихся вокруг Солнца, и для спутников, обращающихся вокруг планет. Движение поддерживается за счёт равновесия между центростремительной силой и силой тяжести.

Первая космическая скорость

Для выхода на орбиту спутнику необходимо сообщить первую космическую скорость. Это минимальная скорость, с которой объект должен двигаться по касательной к окружности, чтобы преодолеть притяжение Земли. Она рассчитывается по формуле: ​, где g — ускорение свободного падения, а R — радиус Земли. Для спутника, находящегося вблизи поверхности Земли, эта скорость составляет около 7,9 км/с. Если же высота орбиты больше, скорость уменьшается пропорционально удалению от Земли.

Запуск спутников

Для запуска спутников используются ракеты, которые выводят их на необходимую орбиту. Запуск должен быть произведён на высоте, где сопротивление воздуха минимально (обычно выше 300 км над поверхностью Земли). Сначала ракета сообщает спутнику нужную скорость и направление, а затем спутник остаётся двигаться по орбите самостоятельно. Важно точно рассчитать и скорость, и высоту, чтобы избежать отклонений и падения спутника обратно на Землю.

Вторая космическая скорость

Если спутнику сообщить скорость, превышающую первую космическую, то он выйдет на более высокую орбиту или покинет гравитационное поле Земли. Такая скорость называется второй космической. Она равна примерно 11,2 км/с и позволяет спутнику преодолеть притяжение планеты и выйти в межпланетное пространство. Объекты, движущиеся с такой скоростью, могут покидать орбиту Земли и переходить на орбиты вокруг Солнца.

История запуска ИСЗ

Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957 года в СССР. Он представлял собой металлический шар диаметром 58 см и весом 83,6 кг. Спутник долгое время двигался по орбите и передавал радиосигналы на Землю. Позже, 12 апреля 1961 года, Юрий Гагарин стал первым человеком, совершившим орбитальный полёт вокруг Земли на корабле «Восток». С тех пор было запущено множество спутников для научных и практических целей, включая мониторинг погоды, связь и навигацию.

Современное использование спутников

Сегодня спутники играют ключевую роль в повседневной жизни. Они используются для передачи сигналов телевидения и интернета, определения местоположения, наблюдения за климатом и проведения научных исследований. Благодаря им человечество имеет возможность изучать не только земную атмосферу, но и космическое пространство. Спутники также помогают отслеживать движения объектов на орбите, предотвращать столкновения и контролировать состояние окружающей среды.