Номер 2, страница 92 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. Почему спутники, обращаясь вокруг Земли под действием силы тяжести, не падают на Землю?

2. Почему спутники, обращаясь вокруг Земли под действием силы тяжести, не падают на Землю?

Спутники не падают на Землю, потому что они обладают достаточно большой горизонтальной (тангенциальной) скоростью. Сила тяжести, действующая на спутник, постоянно направлена к центру Земли. Эта сила играет роль центростремительной силы: она не уменьшает скорость спутника (в случае круговой орбиты), а постоянно изменяет направление его вектора скорости, заставляя спутник двигаться по криволинейной траектории — орбите.

Можно представить это так: если бросить камень горизонтально, он пролетит некоторое расстояние и упадет на землю. Если бросить его с большей скоростью, он пролетит дальше. Если сообщить телу на определенной высоте над Землей (пренебрегая сопротивлением воздуха) скорость, равную первой космической скорости (около 7,9 км/с), то его траектория будет изгибаться ровно настолько, насколько изгибается поверхность Земли. В результате тело будет двигаться вокруг Земли, постоянно «падая», но никогда не достигая ее поверхности.

Таким образом, движение спутника — это баланс между его инерционным движением по прямой и постоянным притяжением к Земле. Сила тяжести $F_{тяж}$ обеспечивает центростремительное ускорение, необходимое для движения по окружности, что описывается равенством: $G \frac{Mm}{r^2} = m \frac{v^2}{r}$, где $G$ — гравитационная постоянная, $M$ — масса Земли, $m$ — масса спутника, $r$ — радиус орбиты, а $v$ — скорость спутника. Пока спутник сохраняет эту скорость, он остается на орбите.

Ответ: Спутники не падают на Землю, так как их высокая горизонтальная скорость в сочетании с постоянным притяжением к Земле заставляет их двигаться по орбите. Сила тяжести действует как центростремительная сила, непрерывно изменяя направление движения спутника, но не позволяя ему приблизиться к поверхности.

3. Можно ли считать обращение спутника вокруг Земли свободным падением?

Да, обращение спутника вокруг Земли можно и нужно считать свободным падением. Свободное падение — это движение тела, на которое действует только сила тяжести.

В случае спутника на орбите (если пренебречь незначительными силами, такими как сопротивление разреженной атмосферы или давление солнечного света), единственной существенной силой, действующей на него, является сила гравитационного притяжения Земли. Тот факт, что спутник не движется «вниз» к центру Земли, а вращается вокруг нее, не противоречит определению свободного падения. Это лишь частный случай свободного падения, при котором у тела есть большая начальная горизонтальная скорость.

Именно поэтому космонавты на борту орбитальной станции находятся в состоянии невесомости: и они сами, и станция, и все предметы внутри нее «падают» на Землю с одинаковым ускорением, поэтому они не давят друг на друга (на пол, на весы и т.д.).

Ответ: Да, можно, поскольку свободное падение — это движение под действием исключительно силы тяжести, а именно эта сила и удерживает спутник на орбите (пренебрегая другими незначительными силами).