Номер 35, страница 96, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 10. Силы тяготения - номер 35, страница 96.

Условие.

35. Почему запуск космических кораблей обычно осуществляют с запада на восток? Сделайте пояснительный рисунок.

Решение.

Решение

Запуск космических кораблей обычно осуществляют с запада на восток, чтобы использовать энергию вращения Земли. Наша планета вращается вокруг своей оси с запада на восток, и все объекты на её поверхности, включая стартовую площадку, уже обладают определённой скоростью из-за этого вращения.

Когда ракета стартует в восточном направлении (по направлению вращения Земли), её скорость относительно Земли складывается со скоростью вращения самой Земли. Абсолютная скорость корабля в инерциальной системе отсчёта (связанной, например, со звездами) будет равна векторной сумме этих скоростей:

$\vec{v}_{абс} = \vec{v}_{ракеты} + \vec{v}_{вращ. Земли}$

где $\vec{v}_{абс}$ — абсолютная скорость корабля, $\vec{v}_{ракеты}$ — скорость корабля относительно Земли, а $\vec{v}_{вращ. Земли}$ — линейная скорость точки на поверхности Земли из-за её вращения.

Линейная скорость вращения Земли максимальна на экваторе и составляет около 465 м/с (или 1674 км/ч). Для вывода спутника на низкую околоземную орбиту требуется достичь первой космической скорости, которая составляет примерно 7,9 км/с. Таким образом, за счёт вращения Земли ракета получает "бесплатный" прирост скорости, что составляет около 6% от необходимой. Это позволяет значительно сэкономить топливо, что, в свою очередь, даёт возможность увеличить массу полезной нагрузки или снизить общую стоимость запуска.

Если бы запуск производился в западном направлении (против вращения Земли), то для достижения той же орбитальной скорости ракете пришлось бы сначала "погасить" скорость вращения Земли, а затем набрать необходимую скорость, что потребовало бы значительно большего расхода топлива.

По этой же причине большинство космодромов в мире расположены как можно ближе к экватору — там линейная скорость вращения Земли наибольшая, и, следовательно, выгода от её использования максимальна.

Пояснительный рисунок:

На рисунке показана Земля, вращающаяся с запада на восток (красная стрелка). При запуске ракеты на восток, её скорость относительно Земли ($v_{ракеты}$) складывается со скоростью вращения самой Земли ($v_{вращ.}$). В результате итоговая (абсолютная) скорость ($v_{абс}$) оказывается больше, что и демонстрирует схема сложения векторов в нижней части рисунка. Это позволяет сэкономить топливо.

Ответ: Запуск космических кораблей с запада на восток позволяет использовать кинетическую энергию вращения Земли. Скорость вращения планеты добавляется к скорости ракеты, что уменьшает необходимое количество топлива для достижения орбитальной скорости и делает запуск более экономичным.