изкуствени земни спътници
Изкуствени спътници на Земята.
Урок за изучаване на нова тема с помощта на компютърни програми:
1). Microsoft PowerPoint
2). Microsoft Excel
Болшакова Анна Александровна,
Учител по физика от училище №40.
Цел: Разберете при какви условия едно тяло може да стане изкуствен спътник на Земята.
Изчислете скоростта, която трябва да бъде докладвана на тялото, така че да стане изкуствен спътник, разберете нейната стойност.
Да се върнем към опита:
Топка, лежаща на масата в точка А, е завързана за един от краищата на гумено въже. Другият край на кабела е прикрепен към масата в O.
Ако топката бъде бутната и оставена на себе си, тогава тя ще опише определена дъга и ще спре.
Въпрос: 1). Какво кара топката да спре?
(FTR и FCONTR. въздух, които пречат на движението и намаляват скоростта му)
2). Какво се случва с топката, ако съпротивлението се намали?
(Той ще опише дъга с по-голяма дължина около точка O)
3). А ако намалим ефекта на спирачните сили?
(Той ще опише една или повече окръжности около точка O, преди да спре).
Ако беше възможно да се премахнат всички сили на съпротивление на движението, тогава топката щеше да се движи неограничено в кръг. В този случай посоката на скоростта на топката непрекъснато ще се променя под действието на сила, насочена към центъра.
Пример за такова движение е въртенето на планетите около Слънцето и спътниците около Земята.
Нека разгледаме по-подробно въпроса за изстрелването и движението на сателитите.
Нека разгледаме някои умствени експерименти за хвърляне на тела в хоризонтална посока. Предполагаме, че съпротивлението на въздуха може да се пренебрегне.
Въпрос 1). Как ще се премести хоризонтално хвърлено тяло от определена височина? (На клона на параболата)
2). Под действието на каква сила тялото ще се отклони от правата траектория и след като е описало крива, ще падне на Земята?
Ако скоростта на следващото хвърляне се увеличи, тогава под въздействието на гравитацията тялото все още ще падне на Земята, но вече по-далеч, отколкото в първия случай.
Всъщност Земята е кълбо. Следователно, едновременно с движението на тялото по неговата траектория, повърхността на Земята донякъде се отдалечава от нея.
Възможно е да се избере такава стойност на скоростта на тялото, при която повърхността на Земята, поради своята кривина, ще се отдалечи от тялото точно толкова, колкото тялото се приближава до Земята поради привличане към нея. Тогава тялото ще се движи на постоянно разстояние h от повърхността на Земята.
Такова тяло се превръща в изкуствен спътник на Земята.
Въпроси: 1). Може ли движението на спътник да се счита за свободно падане? Защо?
(Да, защото се движи под действието на F-нишка.)
2). Защо сателитите се въртят около Земята под въздействието на FTR. да не паднеш на земята?
(Защото имат достатъчно висока скорост, насочена тангенциално към окръжността, по която се движи).
3). Какви условия са необходими, за да стане тялото сателит?
Условия, при които едно тяло става сателит:
Извадете го от земната атмосфера.
Дайте му определена скорост, насочена тангенциално към траекторията му.
Извеждаме формула за изчисляване на скоростта, която трябва да се съобщи на тялото, така че то да се превърне в изкуствен спътник, движещ се около него в кръг.
Въпрос:1). Каква сила е отговорна за движението на сателита? (Под действието на FTR.)
2). Какво ускорение му придава силата? (Ускоряване на безплатнопадане).
3). Как се режисира? (до центъра на земята)
Въпрос: Каква формула се използва за изчисляване на центростремителното ускорение?
Сега нека изчислим числените стойности на първата космическа скорост.
V=7.9 km/s – Първа космическа скорост
Въпрос: Каква е дефиницията на първата космическа скорост?
И как ще изглежда формулата за изчисляване на първата космическа скорост, ако h над повърхността на Земята не може да се пренебрегне.
Въпрос:1). Как да изчислим радиуса на орбитата на сателита в този случай?
2). Зависи ли ускорението на свободното падане от височината на тялото над Земята?
3). Каква е формулата за изчисляване на ускорението на свободното падане на определена височина над Земята?
4). Как първата евакуационна скорост зависи от надморската височина?
5). Зависи ли първата космическа скорост от масата на спътника?
6). Възможно ли е да се изчисли първата космическа скорост за други планети, използвайки тази формула?
Ако скоростта на тяло, изстреляно на височина h над Земята, надвишава първата космическа скорост, съответстваща на тази височина, тогава неговата орбита е елипса. Колкото по-голяма е скоростта, толкова по-издължена ще бъде елиптичната орбита.
При скорост, равна на 11,2 km / s, която се нарича втора космическа скорост, тялото преодолява привличането към Земята и излиза в открития космос, като същевременно се превръща в изкуствен спътник на Слънцето.
Извеждане на космическия кораб в орбита.
За да започне свободен орбитален полет на космически кораб, той трябва да бъде изваден от земната атмосфера с помощта на ракета-носител и да му се даде достатъчноскорост на полета. Предполагаме, че началната точка на свободния орбитален полет е на височина 200 км. Кръговата скорост на тази надморска височина трябва да бъде равна на 7,789 km/s.
При изчисляване на траекторията на изстрелване в орбити трябва да се вземат предвид две несъвместими изисквания:
1). За да се намалят загубите поради съпротивлението на въздуха, земната атмосфера трябва да се пресече по най-късия път, т.е. вертикално.
2). За да постигнете максимална хоризонтална скорост, е необходимо да се придържате към леко ускорение.
Изчисленията показват, че при оптимални траектории началният участък трябва да бъде вертикален с постепенно леко отклонение към изчислената начална точка. С по-нататъшното издигане на слоевете на атмосферата с намалена плътност ъглите на отклонение на оста на ракетата-носител от вертикалата могат да се увеличават все повече.
Фигурата показва траекторията на изстрелване на космически кораб в орбита с помощта на двустепенна ракета. Крива АВ изобразява активната част на изстрелването под действието на силата на тягата на двигателите от първа степен. Разрезът BC показва пасивната траектория на втория етап. В точка С се включват реактивните двигатели на втора степен, под въздействието на тягата на които скоростта на движение нараства до разчетната скорост на орбиталния полет. В точка H двигателите на втората степен спират работата си и отделеният от ракетата носител космически кораб започва своя орбитален полет.
Обща информация за сателитите
В съответствие с международното споразумение космически кораб се нарича сателит, ако е направил поне едно завъртане около Земята. В противен случай тойсчита се за ракетна сонда, която е извършила измервания по балистична траектория и не е регистрирана като сателит.
В зависимост от задачите, които се решават с помощта на спътниците, те се разделят на изследователски и приложни.
Изследователските спътници се използват за изследване на Земята, небесните тела и космическото пространство. Те включват по-специално геофизични спътници, геодезически спътници, орбитални астрономически обсерватории и др.
Изследователските спътници включват първите съветски спътници, съветските спътници от серията Електрон, Протон, Космос, американските спътници от серията Авангард, Експлорър, ОСО, ОСО, ОАО (орбитални геофизични, слънчеви, астрономически обсерватории); английският спътник "Ариел", френският спътник "Диадема" и др.. Изследователските спътници представляват около половината от всички изстреляни спътници.
Приложните спътници включват спътници, изстреляни за решаване на различни технически, икономически, военни задачи.
Това сакомуникационни спътници, метеорологични спътници, спътници за изследване на земни ресурси, навигационни спътници, спътници за технически цели(за изследване на влиянието на космическите условия върху материалите, за тестване и тестване на бордови системи) и др.
AES, изстреляни в кръгова екваториална орбита, на 35 860 km от повърхността на Земята и движещи се в посока, съвпадаща с посоката на въртене на Земята, "висят" неподвижно над една точка от земната повърхност; такива сателити се наричат стационарни
Бордовото оборудване на повечето спътници се захранва от слънчеви батерии, чиито панели са ориентирани перпендикулярно на посоката на слънчевите лъчи или са разположени така, че някои от тях са осветени от Слънцето във всяка негова позиция.по отношение на сателитите (т.нар. всепосочни слънчеви панели). Слънчевите панели осигуряват дългосрочна работа на бордовото оборудване (до няколко години). AES, предназначени за ограничен период на работа (до 2-3 седмици), използват електрохимични източници на ток - батерии, горивни клетки. Някои спътници имат на борда изотопни генератори на електрическа енергия. Топлинният режим на спътниците, необходим за работата на тяхното бордово оборудване, се поддържа от системи за термичен контрол.
Метеорологичните сателитиса предназначени за редовно предаване на наземни станции на телевизионни изображения на облачността, снежната и ледената покривка на Земята, информация за топлинното излъчване на земната повърхност и облаците и др. AES от този тип се изстрелват в орбити, близки до кръгови, с надморска височина от 500-600 km до 1200-1500 km; откосът от тях достига 2-3 хиляди км. Метеорологичните спътници включват някои съветски спътници от серията Космос, сателитите Метеор, американските сателити Тирос, ESSA, Nimbus. Провеждат се експерименти с глобални метеорологични наблюдения от височини до 40 000 км (съветският спътник Молния-1, американският спътник ATS).
Изключително перспективни от гледна точка на приложение в националната икономика сасателитите за изследване на природните ресурси на Земята.Наред с метеорологичните, океанографските и хидрологичните наблюдения, такива спътници позволяват да се получи оперативна информация, необходима за геологията, селското стопанство, рибарството, горското стопанство, контрола на замърсяването на околната среда
Навигационните спътници,които се поддържат от специална наземна поддържаща система, служат за навигация на морски кораби, включително подводници. Корабът, приемащ радиосигнали и определящпозицията му спрямо сателита, чиито координати в орбита са известни с висока точност във всеки един момент, установява неговата позиция. Пример за навигационни спътници са американските спътници "Транзит", "Навсат".
Пилотирани космически кораби-сателити-AES, предназначени за човешки полет,