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人造衛(wèi)星為什么能繞地球運(yùn)行,而不掉下來(lái)

首頁(yè) > 移民2022-01-29 19:55:30

人造衛(wèi)星為什么能繞地球運(yùn)行,而不掉下來(lái)?

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這是因?yàn)榈厍蛐l(wèi)星在高速運(yùn)動(dòng)達(dá)到了第一宇宙速度,宇宙速度是指物體達(dá)到11.2千米/秒的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)能擺脫地球引力束縛的一種速度。在擺脫地球束縛的過(guò)程中,在地球引力的作用下它并不是直線飛離地球,而是按拋物線飛行。脫離地球引力后在太陽(yáng)引力作用下繞太陽(yáng)運(yùn)行。若要擺脫太陽(yáng)引力的束縛飛出太陽(yáng)系,物體的運(yùn)動(dòng)速度必須達(dá)到16.7千米/秒。那時(shí)將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對(duì)太陽(yáng)來(lái)說(shuō)它將沿拋物線飛離太陽(yáng)。
人類的航天活動(dòng),并不是一味地要逃離地球。特別是當(dāng)前的應(yīng)用航天器,需要繞地球飛行,即讓航天器作圓周運(yùn)動(dòng)。眾所周知,必須始終有一個(gè)力作用在航天器上。其大小等于該航天器運(yùn)行線速度的平方乘以其質(zhì)量再除以公轉(zhuǎn)半徑,即F=mv^2/R.在這里,正好可以利用地球的引力。因?yàn)榈厍驅(qū)ξ矬w的引力,正好與物體作曲線運(yùn)動(dòng)的離心力方向相反。 經(jīng)過(guò)計(jì)算,在地面上,物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到7.9千米/秒時(shí),它所產(chǎn)生的離心力,正好與地球?qū)λ囊ο嗟取_@個(gè)速度被稱為環(huán)繞速度。
其實(shí)衛(wèi)星一直在往下掉,只是由于衛(wèi)星往下掉時(shí),同時(shí)又在快速地往前跑,而地球是圓的,往前跑時(shí),衛(wèi)星往下掉的高度會(huì)增大。因此只要衛(wèi)星跑得足夠快,讓往下掉的速度與往前跑而產(chǎn)生的新高度相等,衛(wèi)星就永遠(yuǎn)不會(huì)掉下來(lái)。
根據(jù)向心力和地球引力對(duì)等原理可知,具體可查高中課本

人造衛(wèi)星為什么會(huì)繞著地球轉(zhuǎn)而不是停在太空中或者越

這是因?yàn)橛械厍蛞Φ淖饔谩伋鍪^用力越大、石頭飛出去的速度越高,飛行距離就越遠(yuǎn)。如果石頭飛出去時(shí)的速度足夠高,飛行時(shí)在引力作用下向下彎曲的軌跡與地球彎曲的程度相同,那么這塊石頭在引力作用下向下彎曲了多少,地面也向下彎曲了多少,這塊石頭就不會(huì)落回到地面了,就是一顆圍繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星了。





因此,要讓一顆人造衛(wèi)星不落回地面,就必須給予人造衛(wèi)星足夠的速度。這個(gè)速度就是地球的第一宇宙速度,也叫環(huán)繞速度,其大小為7.9千米/秒。


人造衛(wèi)星的外型




人造衛(wèi)星的外型多半設(shè)計(jì)成球型、羽毛球型或陀螺型等流線型,以減少在太空中受到阻力。人造衛(wèi)星的高度,依照它的功能而有不同。它是以慣性在太空中運(yùn)轉(zhuǎn),受到阻力時(shí),會(huì)逐漸下降,而燒毀隕落。所以,為了延長(zhǎng)它的壽命,通常都盡量射高一點(diǎn)。


要把人造衛(wèi)星戲上幾百乃至幾萬(wàn)公里的高空,必須要有強(qiáng)大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī),以及優(yōu)良的高能燃料作為推進(jìn)劑;由於火箭的噴氣速度很高,火箭的外殼及發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口都需用特材料制造;此外,在制造火箭體的外殼時(shí),還需要注意到它的形體均勻完整問(wèn)題。因?yàn)槿绻鸺w的外殼稍有皺紋或裂痕,或是對(duì)稱幾何的形狀結(jié)構(gòu)上稍有偏差,那麼,當(dāng)火升空時(shí),高速的摩擦力就會(huì)使火箭體的外殼粉身碎骨。






人造衛(wèi)星的外型多半設(shè)計(jì)成球型、羽毛球型或陀螺型等流線型,以減少在太空中受到阻力。人造衛(wèi)星的高度,依照它的功能而有不同。它是以慣性在太空中運(yùn)轉(zhuǎn),受到阻力時(shí),會(huì)逐漸下降,而燒毀隕落。所以,為了延長(zhǎng)它的壽命,通常都盡量射高一點(diǎn)。


要把人造衛(wèi)星戲上幾百乃至幾萬(wàn)公里的高空,必須要有強(qiáng)大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī),以及優(yōu)良的高能燃料作為推進(jìn)劑;由於火箭的噴氣速度很高,火箭的外殼及發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口都需用特材料制造;此外,在制造火箭體的外殼時(shí),還需要注意到它的形體均勻完整問(wèn)題。因?yàn)槿绻鸺w的外殼稍有皺紋或裂痕,或是對(duì)稱幾何的形狀結(jié)構(gòu)上稍有偏差,那麼,當(dāng)火升空時(shí),高速的摩擦力就會(huì)使火箭體的外殼粉身碎骨。

第一點(diǎn):衛(wèi)星繞著地球軌道運(yùn)行,不會(huì)飛出去也不會(huì)掉下來(lái),歸根到底都是萬(wàn)有引力的作用.可以這樣類比,我們拿著繩子一頭綁著石頭用力做繞圈運(yùn)動(dòng),繩子的拉力提供石頭運(yùn)行的向心力,石頭想要飛出去但是離心力被人限制在某個(gè)點(diǎn)上正好達(dá)到平衡,天體也是這樣,只不過(guò)兩個(gè)天體之間的繩子是萬(wàn)有引力,這個(gè)力正好把把天體限制在某個(gè)合適的運(yùn)行軌道以某個(gè)速度運(yùn)行,既不會(huì)飛出去也不會(huì)被吸進(jìn)去.想象一下太陽(yáng)吸引著八大行星在各自不同的軌道上以不同的速度運(yùn)行.人類發(fā)射人造衛(wèi)星正是這樣的模式.人造衛(wèi)星通常有同步衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星,前者軌道較高運(yùn)行速度較慢(與地球自轉(zhuǎn)速度相同),與地球上的某一點(diǎn)始終保持相對(duì)靜止,如氣象衛(wèi)星;后者軌道較低,速度非常快,如軍事偵察衛(wèi)星.
第二點(diǎn):衛(wèi)星會(huì)掉下來(lái)這很正常,報(bào)廢就是壽命到了,人造衛(wèi)星都是有服務(wù)壽命的,人造衛(wèi)星由于都在距地面800公里左右仍有極稀薄的空氣也因此運(yùn)行時(shí)會(huì)有阻力,阻力使得衛(wèi)星在該軌道上速度慢下來(lái),但是萬(wàn)有引力并沒(méi)有變化,因此離心力不足以平衡地球引力,就會(huì)被地球拉回大氣層.至于掉下來(lái)的衛(wèi)星,絕大多數(shù)都會(huì)在大氣層中燒盡(這也是人們預(yù)期的結(jié)果),沒(méi)燒盡掉到地面的極少.
應(yīng)該清楚了吧.

人造衛(wèi)星為什么能環(huán)繞地球飛而不掉下來(lái)是因?yàn)樗诟呖?/h2>
現(xiàn)實(shí)中并不存在離心力,不掉下來(lái)是因?yàn)楫?dāng)速度達(dá)到第一宇宙速度時(shí),物體在遠(yuǎn)地點(diǎn)落向近地點(diǎn)時(shí),重力勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,二從近地點(diǎn)到遠(yuǎn)地點(diǎn)則相反,根據(jù)能量守恒,沒(méi)有能量流逝,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變(也就是不受平衡力以外的力)。所以不掉下來(lái)
高速繞地飛行產(chǎn)生的離心力抵消了絕大部分重力

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