การเคลื่อนที่ของดาวเทียมโคจร
| English | ไทย |
|---|---|
| orbital period/ˈɔːbɪtl ˈpɪərɪəd/ | รอบโคจร |
การตกอย่างไม่มีที่สิ้นสุด
- ดวงจันทร์กำลังตกเข้าสู่โลกตลอดเวลา แต่มันไม่เคยตกลงมา
- สถานีอวกาศโคจรรอบโลกหนึ่งครั้งทุกเก้าสิบนาที
- แรงโน้มถ่วงดึงมันเข้าไปด้านใน แต่ความเร็วแนวนอนของมันทำให้มันพลาดพื้นดินเสมอ
- การดึงหนึ่งครั้ง ความเร็วหนึ่งครั้ง และเส้นโค้งไร้ที่สิ้นสุดที่สมบูรณ์แบบ
แรงโน้มถ่วงคือแรงดึงเข้าสู่ศูนย์กลาง
- สำหรับวงโคจรวงกลม แรงโน้มถ่วงจ่ายเป็นแรงเข้าสู่ศูนย์กลางพอดี:
- แก้สมการหาความเร็ว: $v = \sqrt{\dfrac{GM}{r}}$
- วงโคจรต่ำ เร็ว; วงโคจรสูง ช้ากว่า
ดาวเทียมเคลื่อนที่ไปยังวงโคจรวงกลมที่ต่ำกว่า ความเร็ววงโคจรของมัน...
$v = \sqrt{GM/r}$ ดังนั้น $r$ ที่เล็กลงจะทำให้ $v$ มีขนาดใหญ่ขึ้น
อะไรคือสิ่งที่ให้แรงสู่ศูนย์กลางที่ยึดดาวเทียมไว้ในวงโคจรวงกลม?
$GMm/r^2 = mv^2/r$ -- แรงโน้มถ่วงคือแรงสู่ศูนย์กลาง
คำนวณความเร็ววงโคจรเมื่อ $GM/r = 4.0\times10^7\ \text{m}^2/\text{s}^2$ (ใน m/s)
$v = \sqrt{4.0\times10^7} \approx 6325\ \text{m/s}$.
ระยะเวลาเพิ่มขึ้นตามรัศมี
- การตัดทอนและจัดรูปใหม่จะได้ ระยะเวลาวินาที:
- กำลังสองของระยะเวลาเพิ่มขึ้นตามกำลังสามของรัศมี -- กฎที่สามของเคปเลอร์
- วงโคจรที่ใหญ่กว่าใช้เวลาโคจรมากขึ้นมาก
ดาวเทียมในวงโคจรที่ใหญ่กว่าจะมีคาบที่ยาวนานกว่า
$T^2 \propto r^3$ ดังนั้น $r$ ที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้ $T$ มีขนาดใหญ่ขึ้น
เร็วขึ้นเมื่ออยู่ใกล้ขึ้น
- ในวงโคจรวงรี แรงโน้มถ่วงชี้ตาม $r$, ดังนั้นมันจึงไม่เกิดโมเมนต์แรง
- ด้วยไม่มีโมเมนต์แรง โมเมนตัมเชิงมุมของดาวเคราะห์จะคงที่
- มันเร่งความเร็วใกล้ดาวและกวาดพื้นที่เท่ากันในเวลาที่เท่ากัน
วงโคจรต่ำหรือวงโคจรสูง?
แรงโน้มถ่วงทำหน้าที่เป็นแรงสู่ศูนย์กลางสำหรับดาวเทียม จัดกลุ่มข้อเท็จจริงแต่ละข้อตามระดับความสูงของวงโคจร
ในวงโคจรรูปวงรี ดาวเคราะห์เคลื่อนที่เร็วที่สุด...
โมเมนตัมเชิงมุมถูกอนุรักษ์ ดังนั้น $r$ ที่เล็กลงจึงทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้น -- เร็วที่สุดเมื่ออยู่ใกล้ที่สุด
ดาวเทียมโคจรที่ตำแหน่งที่ $GM/r = 5.0\times10^7\ \text{m}^2/\text{s}^2$
- ความเร็ววงโคจร: $v = \sqrt{GM/r} = \sqrt{5.0\times10^7} \approx 7100\ \text{m/s}$
- นั่นคือประมาณ $7.1\ \text{km/s}$ -- ปกติสำหรับวงโคจรต่ำ
การเพิ่มมวลของดาวเทียมเป็นสองเท่าจะเปลี่ยนความเร็ววงโคจรที่รัศมีเดิม
มวล $m$ หักล้างกันใน $GMm/r^2 = mv^2/r$ ดังนั้น $v$ จึงไม่ขึ้นอยู่กับ $m$
วัด $r$ จาก ศูนย์กลาง ของดาวเคราะห์ ไม่ใช่ความสูงเหนือพื้นผิว -- เพิ่มรัศมีของดาวเคราะห์ สูตรความเร็วสมมติว่าเป็นวงโคจร วงกลม; วงรีมีความเร็วที่เปลี่ยนแปลง (เร็วที่สุดที่จุดใกล้ที่สุด) และมวลของดาวเทียมเอง $m$ ตัดกันหมด ดังนั้นความเร็วและระยะเวลาวินาทีจึงไม่ขึ้นอยู่กับมัน
重力是圆形轨道的向心力,提供$v = \sqrt{GM/r}$(数值越小意味着速度越快)和轨道周期$T^2 = \tfrac{4\pi^2}{GM}r^3$(开普勒第三定律)。由于重力不产生力矩,行星的角动量守恒,因此它在最近点时运动最快。从中心测量$r$;环绕质量会被抵消。