人造衛(wèi)星為什么能繞地球運(yùn)行，而不掉下來？
你拿根繩子，一頭綁個(gè)石頭，一頭拽在手上，然后轉(zhuǎn)圈甩開，石頭就如同衛(wèi)星，你的手就是地球，繩子就是地球引力，所以只要衛(wèi)星按一定速度繞地球轉(zhuǎn)，它就不會(huì)掉下來，但是速度過快會(huì)飛走過慢就會(huì)掉下來
不能說沒有重力,否則衛(wèi)星為什么不漂走呢?首先,在離地面那么遠(yuǎn)的地方,受到的外有內(nèi)引力不一樣大,而衛(wèi)星以一容定的速度繞地球轉(zhuǎn),就會(huì)產(chǎn)生離心力,離心力和引力抵消了,就像現(xiàn)在那么轉(zhuǎn)了.可以想像下一根繩子拉著一球轉(zhuǎn)。
因?yàn)槿嗽煨l(wèi)星和飛船發(fā)射出去以后，它以特別大的速度圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，抵擋住了內(nèi)地球?qū)θ菟囊Α蛐牧Φ淖饔茫剐l(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而不能使它們落回地面。那么，什么樣的速度，才能使人造衛(wèi)星脫離地球的引力，而繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)呢？根據(jù)科學(xué)家計(jì)算，每秒達(dá)7.9公里，并且從水平方向拋出去，就能使人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)速度叫環(huán)繞速度，也叫第一宇宙速度。如果小于這個(gè)速度，它就會(huì)被地球引力拉回來。
用中學(xué)物理的話來來說，這是因?yàn)樵慈嗽煨l(wèi)星受到地球的引力剛好提供了人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以人造衛(wèi)星可以在無動(dòng)力的情況下繞著地球運(yùn)動(dòng)而不會(huì)掉下來。地球表面的空氣阻力不能忽略，所以人造衛(wèi)星需要被送到距離地球表面至少150千米的太空中，因?yàn)槟抢锏拇髿馐窒”。諝庾枇梢院雎圆挥?jì)。隨著高度增加，人造衛(wèi)星所需的環(huán)繞速度相應(yīng)也會(huì)降低。
因?yàn)槿嗽煨l(wèi)星和飛船發(fā)射出去以后，它以特別大的速度圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，抵擋住了地球?qū)λ囊Α蛐牧Φ淖饔茫剐l(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而不能使它們落回地面。
人造衛(wèi)星飛離地球
人造衛(wèi)星飛離地球后的速度將加快幾萬倍，相當(dāng)于一分鐘叢福建到北京的速度，但這么如此驚人的速度要飛離太陽系還要飛多少年，是否我們一百年內(nèi)都無法制造出飛離太陽系的載入工具，我們將永遠(yuǎn)孤獨(dú)在太陽系內(nèi)，因?yàn)樘栂抵挥形覀儯晕覀冿w不出將永遠(yuǎn)孤獨(dú)兄弟，我也對(duì)數(shù)學(xué)很感興趣，那今天我們就探討一下這個(gè)問題吧，希望給個(gè)最佳答案。要是有錯(cuò)誤之處，還望包涵呀。我們先看下已知條件： 第一宇宙速度7.9千米/秒， 第二宇宙速度11.2千米/秒 ， 第三宇宙速度16.7千米/秒。 現(xiàn)在太陽系半徑:123億公里， 地球距離太陽的距離大約1.5億公里。 現(xiàn)在宇宙飛船都是采用太陽能電板供電，以現(xiàn)在的太陽能帆板的轉(zhuǎn)化率為16%也就是，一個(gè)小時(shí)1平方米的太陽能帆板可以接收1400W的電量，假設(shè)這是個(gè)超大號(hào)的飛船，有100平方米的太陽能帆板，也就是一天可以產(chǎn)生3.36×10^3KW的能力，再假如有80%的能量供給動(dòng)力，也就是有大約2.7×10^3KW.，再假設(shè)宇宙飛船的質(zhì)量為100KG。 空間的摩擦力忽略不計(jì)，不考慮變軌，也就是直線穿過。 OK，現(xiàn)在有這樣的飛船飛出地球了，它的初始速度為第二宇宙速度。根據(jù)動(dòng)能公式，（2.7×10^3KW這些能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，E=1/2mV^2也就是每天純?cè)黾舆@些速度）每天它的加速度為：大約232米每平方秒 （達(dá)到第三宇宙速度的時(shí)間為：23.7天，呵呵，這個(gè)加速度可以呀，沒幾天就達(dá)到了第三宇宙速度了。）。根據(jù)公式：S=Vt+1/2at^2。可以算出時(shí)間為t=35911天，大概是98年。不知道樓主是否同意這樣的算法。可能有些計(jì)算方法不對(duì)，有些數(shù)值偏離很大，呵呵。。。我們不是搞航天的，也不管那么多了，算是純屬娛樂下。 所以只靠太陽能帆板的動(dòng)力離開太陽系時(shí)間太久了。 根據(jù)樓主的想法，我覺得以后要往這幾個(gè)方面改進(jìn)吧， 第一：增大太陽能帆板的面積， 第二：提高太陽能帆板利用太陽能的效率。 第三：增加額外的動(dòng)力。 第一，第二方案無論再改進(jìn)也不會(huì)從本質(zhì)上完全提高宇宙飛船的速度，不能減少很多時(shí)間的。 所以第三種方案最有發(fā)展前途。而目前，能長時(shí)間釋放強(qiáng)大的能量的物質(zhì)，也只有核能了。要是以后能叫核能小型化，裝在宇宙飛船上我想可以大幅度增加宇宙飛船的速度吧。 呵呵。又扯遠(yuǎn)了，以上是本人的原創(chuàng)，讓樓主見笑了。這個(gè)問題我們不要想了，科學(xué)家會(huì)幫我們解決的。 估計(jì)呀差不多一百年足夠了，想想我們一百年前有什么東西，現(xiàn)在呢，科學(xué)只會(huì)發(fā)展越來越快的。希望我們能在活著的時(shí)候見到這一天吧。好了就這么多吧，我打了差不多1000字了，花費(fèi)我一個(gè)小時(shí)呀。
環(huán)繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星是如何產(chǎn)生的？
人類希望揭開天空的奧秘，拜訪當(dāng)空的明月，探索閃閃爍爍的星斗。古往今來，這種想法綿延不斷。我國民間傳說的嫦娥奔月和七仙女下凡，正是古代人渴望往來天地間而編織成的美麗故事。但是，直至現(xiàn)代科學(xué)的建立，特別是天體力學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，人類飛向太空的愿望才有了現(xiàn)實(shí)的可能。
發(fā)射人造地球衛(wèi)星是星際旅行的第一步。那么怎樣才能使一種物體像月亮一樣成為地球的衛(wèi)星呢？現(xiàn)代科學(xué)證明，這里必須滿足兩個(gè)條件：一是該物體應(yīng)具有一定的速度；二是要有一個(gè)向心力。對(duì)于環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星來說，向心力就是時(shí)刻都存在的衛(wèi)星重量，即地球?qū)λ囊Α？窟@種向心力的作用，地球力圖將衛(wèi)星吸回地面。關(guān)鍵是衛(wèi)星必須獲得一定大小的速度，這個(gè)速度稱作第一宇宙速度。其含義是這樣的：在不考慮空氣阻力的情況下，在地面將物體以每秒7.9千米的速度沿水平方向拋出去，它就會(huì)沿著以地心為圓心的圓形軌道運(yùn)轉(zhuǎn)起來。
衛(wèi)星在地球引力作用下環(huán)繞地球運(yùn)行的規(guī)律，符合行星在太陽引力作用下繞太陽公轉(zhuǎn)的開普勒三定律和牛頓的萬有引力定律。歸納起來有三點(diǎn)。
第一，當(dāng)衛(wèi)星速度大于環(huán)繞速度時(shí)，其運(yùn)行軌道是一個(gè)橢圓，地球位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，衛(wèi)星速度越大，橢圓軌道也就拉得越長、越扁；當(dāng)衛(wèi)星速度恰好等于環(huán)繞速度時(shí)，其運(yùn)行軌道才是一個(gè)圓，地球位于這個(gè)圓的圓心；當(dāng)衛(wèi)星速度小于第一宇宙速度時(shí)，衛(wèi)星在地球引力作用下將墜落地面。
第二，衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行的速度是變化的，在離地球最遠(yuǎn)的一點(diǎn)即遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)速度最小；反之，在離地球最近的一點(diǎn)即近地點(diǎn)時(shí)速度達(dá)到最大。這就是說，地球?qū)πl(wèi)星的引力，隨衛(wèi)星的高度增加而減小，環(huán)繞速度也相應(yīng)變小。例如，離地36000千米高度處的環(huán)繞速度，不再是每秒7.9千米，而只有每秒3千米。衛(wèi)星離地越高，環(huán)繞速度越小，可是發(fā)射衛(wèi)星所需能量并不減少，反而增加。
第三，衛(wèi)星繞橢圓軌道一周的時(shí)間與短軸無關(guān)而與半長軸的3／2次方成正比。因?yàn)槿嗽斓厍蛐l(wèi)星的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地球質(zhì)量，這個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系是嚴(yán)格成立的。但是，橢圓軌道的半長軸應(yīng)是衛(wèi)星離地的最遠(yuǎn)距離再加上地球的平均半徑即6371千米。
環(huán)繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星如果人造地球衛(wèi)星的速度不斷加大，會(huì)出現(xiàn)什么情況？這時(shí)的橢圓軌道也就越來越長、越扁，當(dāng)速度增大到某一個(gè)限度時(shí)，衛(wèi)星終于擺脫地球的引力飛離地球而去，像地球一樣繞太陽運(yùn)行，成了人造行星。這個(gè)使衛(wèi)星脫離地球而去的速度，稱作第二宇宙速度，其大小是每秒11.2千米。如果衛(wèi)星要離開太陽系，就必須克服太陽的引力。太陽的質(zhì)量遠(yuǎn)比地球大，需要的脫離速度就更大。為此，除了借助地球繞太陽約每秒30千米的速度外，還要再加一個(gè)約每秒16.7千米的速度。這個(gè)速度叫做第三宇宙速度。
發(fā)射人造地球衛(wèi)星，除了上面所介紹的理論外，還要考慮其他因素。地球被一層厚厚的空氣包圍著，其厚度大約有1000千米；不過離地越遠(yuǎn)，空氣越稀薄，真正濃密的大氣層只有幾十千米。大家知道，空氣會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生阻力，物體運(yùn)動(dòng)速度越大，阻力也越大。人造衛(wèi)星脫離火箭以后，在地球的引力場(chǎng)內(nèi)做橢圓繞地運(yùn)動(dòng)，由于大氣阻力，它的速度會(huì)變小，其結(jié)果是飛行高度逐漸下降；如果高度降低到進(jìn)入了地球濃密大氣層，和空氣產(chǎn)生的摩擦非常劇烈，會(huì)產(chǎn)生幾千攝氏度高溫將衛(wèi)星燒毀。為避免衛(wèi)星過早燒毀并使它能在空間長時(shí)間運(yùn)行，就必須把衛(wèi)星送到離地一定的高度。人造衛(wèi)星的軌道高度，根據(jù)工作需要通常在數(shù)百千米到數(shù)萬千米之間。
要把人造衛(wèi)星送上那么高的高度并達(dá)到環(huán)繞速度，不是一件易事。運(yùn)載衛(wèi)星的火箭速度是最關(guān)鍵的問題。所以發(fā)展威力強(qiáng)大的多級(jí)運(yùn)載火箭，是發(fā)射人造地球衛(wèi)星和其他人造天體的首要條件。
知識(shí)點(diǎn)
開普勒三定律
開普勒三定律，又稱行星運(yùn)動(dòng)定律，是指行星在宇宙空間繞太陽公轉(zhuǎn)所遵循的基本定律。由于是德國天文學(xué)家開普勒根據(jù)丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫等人的觀測(cè)資料和星表，通過他本人的觀測(cè)和分析后，于1609～1619年先后歸納提出的，故稱開普勒三定律。
開普勒三定律給予亞里士多德派與托勒密派在天文學(xué)與物理學(xué)上極大的挑戰(zhàn)。他主張地球是不斷地移動(dòng)的；行星軌道不是圓形的，而是橢圓形的；行星公轉(zhuǎn)的速度不等恒。這些論點(diǎn)，大大地動(dòng)搖了當(dāng)時(shí)的天文學(xué)與物理學(xué)。經(jīng)過了幾乎一世紀(jì)的研究，物理學(xué)家終于能夠用物理理論解釋其中的道理。牛頓利用他的第二定律和萬有引力定律，在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格地證明開普勒三定律，也讓人們了解其中的物理意義。
人造地球衛(wèi)星是怎樣上天的？
第一宇宙速度7.9公里／秒是地球運(yùn)行的環(huán)繞速度。人造地球衛(wèi)星只有獲得了這個(gè)速回度才能進(jìn)入地球軌答道，繞地球飛行。多級(jí)火箭能把人造地球衛(wèi)星送上天，我們叫它“運(yùn)載火箭”。運(yùn)載火箭使用液氧推進(jìn)器，逐級(jí)推進(jìn)、加速，使衛(wèi)星達(dá)到環(huán)繞速度，圍繞地球飛行。
現(xiàn)在發(fā)射衛(wèi)星只需三級(jí)火箭就夠了。每級(jí)火箭頭尾相接，用串聯(lián)或并聯(lián)的形式組合在一起。在發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，三級(jí)火箭從地面起飛，在發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)大推力下，火箭飛出地球的大氣層，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的速度后，就熄火了。這時(shí)火箭已經(jīng)獲得能量在地球引力的作用下滑行，在衛(wèi)星最后進(jìn)入軌道時(shí)，火箭再次點(diǎn)火，使衛(wèi)星加速達(dá)到環(huán)繞速度，衛(wèi)星就會(huì)繞地球飛行，成為人造地球衛(wèi)星。
宇宙飛船和人造衛(wèi)星繞地球飛行的速度是固定的嗎？還是人為控制的？
（1）不固定。有兩點(diǎn)近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)速度都不一樣，軌道和重量不同，速度也不一回樣。
（2）固答定。每一次的運(yùn)動(dòng)的速度變化相對(duì)前一次是固定的。比如說，一個(gè)宇宙飛船，在離地球遠(yuǎn)的時(shí)候速度是2，離地球進(jìn)的時(shí)候速度又變成了3.他在做第二圈運(yùn)動(dòng)的時(shí)候和第一次的速度變化是一樣的
宇宙飛船是人為可控制的，人造衛(wèi)星也是人為可控制的。
當(dāng)然不固定，近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)速度都不一樣，軌道和重量不同，速度也不一樣
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