Zadanie 5 - Pole Grawitacyjne - wysokość orbity
Treść zadania
Obliczyć wysokość orbity kołowej nad równikiem Ziemi dla satelity, który poruszając się w kierunku wschodnim w ciągu doby dwukrotnie przelatuje nad tym samym punktem Ziemi.
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Widzimy że sytuacja ta przypomina nieco sytuację satelity geostacjonarnego, tyle tylko że po logicznym zastanowieniu się stwierdzamy że okres obiegu tego satelity będzie dwa razy mniejszy – obiegnie dwa razy dowolny punkt, gdy ona się obróci raz
T=\frac{1}{2}T_{Ziemi}=12h=43200s
A więc okres obiegu tego ciała musi być równy połowie okresu obiegu Ziemi – 12h
Oraz:
F_{d}=F_{g}
A więc siła odśrodkowa działająca na obracające się po orbicie geostacjonarnej ciało musi być równa sile grawitacji. Rozpisując ten warunek mamy:
\frac{mv^2}{R}=G\frac{Mm}{R^2}}
Gdzie R jest promieniem orbity geostacjonarnej a więc jest równy sumie długości promienia Ziemi „Rz” i wysokości „H” – która jest odległością orbity od powierzchni Ziemi i jednocześnie to właśnie ją mamy policzyć. Zapisać więc można:
R=R_{z}+H
Dodatkowo musimy wiedzieć też coś o prędkości z jaką porusza się na orbicie geostacjonarnej dowolne ciało, dzięki temu, że znamy okres obiegu, zadanie stanie się teraz w pełni wykonywalne.
v=\frac{2\pi R}{T}
Mamy szereg wniosków, teraz wystarczy dokonać prostych przekształceń.
Zaczniemy od równowagi sił, bo to dla nas najważniejsze równanie, dzielimy je przez masę „m” i jednocześnie mnożymy przez promień orbity geostacjonarnej „R”. Otrzymujemy:
v^2=\frac{GM}{R}
Podstawiamy za v.
Czyli otrzymujemy:
\frac{4 {\pi}^2 R^2}{T^2}=\frac{GM}{R}
Wypada trochę poprzekształcać, otrzymujemy:
4 {\pi}^2 R^3=GMT^2
Przekształćmy tak, aby otrzymać R, otrzymujemy:
R=\sqrt[3]{\frac{GMT^2}{4 {\pi}^2 }}
Teraz warto podstawić za R.
R_{z}+H=\sqrt[3]{\frac{GMT^2}{4 {\pi}^2 }}
I przekształcić tak aby otrzymać wysokość „H” – czyli odległość orbity geostacjonarnej od powierzchni Ziemi – szukaną wartość. Warto wstawić również M=Mz czyli masa planety której orbita geostacjonarna jest rozpatrywana jest równa masie Ziemi, gdyż planeta ta jest Ziemią jak wynika z treści zadania.
Ostatecznie otrzymujemy:
H=\sqrt[3]{\frac{GM_{z}T^2}{4 {\pi}^2 }} \; \; - \; R _{z}
H=3.18 R_z
Standardowo, jeżeli są jakieś pytania prosimy o komentarze.
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (3)
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto