Номер 1, страница 103 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. Параграф 21. Искусственные спутники Земли. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 1, страница 103.

Условие.

1. Приведите примеры (из области астрономии), доказывающие, что при отсутствии сил сопротивления тело может неограниченно долго двигаться по замкнутой траектории под действием силы, меняющей направление скорости движения этого тела.

Решение.

Решение 2.

Приведите примеры (из области астрономии), доказывающие, что при отсутствии сил сопротивления тело может неограниченно долго двигаться по замкнутой траектории под действием силы, меняющей направление скорости движения этого тела.

В космическом пространстве, где практически отсутствует вакуум и силы сопротивления пренебрежимо малы, движение небесных тел определяется в основном гравитационными силами. Эти силы действуют как центростремительные, постоянно изменяя направление вектора скорости тела, но не его модуль (в случае круговой орбиты), что заставляет тело двигаться по замкнутой траектории, а не по прямой. Это явление описывается законом всемирного тяготения Ньютона и его законами механики.

Вот несколько примеров из астрономии:

• Движение Луны вокруг Земли. Луна движется по эллиптической орбите вокруг Земли уже миллиарды лет. Сила гравитационного притяжения Земли постоянно направлена к центру Земли и перпендикулярна (приблизительно) скорости Луны. Эта сила искривляет траекторию Луны, заставляя ее оставаться на орбите. Без этой силы Луна улетела бы в космос по прямой линии по касательной к своей орбите.

• Движение планет вокруг Солнца. Все планеты Солнечной системы, включая Землю, движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Гравитационная сила Солнца является той силой, которая удерживает их на этих орбитах. Эта сила непрерывно меняет направление скорости планет, заставляя их обращаться вокруг центральной звезды.

• Движение искусственных спутников вокруг Земли. Искусственные спутники, запущенные на достаточно большую высоту (где сопротивление атмосферы минимально), могут годами и десятилетиями двигаться по орбите вокруг Земли. Их движение — это баланс между их инерцией (стремлением двигаться по прямой) и постоянным притяжением Земли, которое «заворачивает» их траекторию в замкнутый эллипс или окружность.

Во всех этих случаях сила тяготения $F = G \frac{M m}{r^2}$ создает центростремительное ускорение, необходимое для движения по криволинейной траектории.

Ответ: Примерами такого движения являются обращение Луны вокруг Земли, планет вокруг Солнца, а также искусственных спутников вокруг Земли. Во всех случаях гравитация действует как центростремительная сила, постоянно изменяя направление скорости тела и удерживая его на замкнутой орбите в условиях практически полного отсутствия сил сопротивления.

2. Почему спутники, об...

(Полный текст вопроса не виден. Ответ дается на наиболее вероятный вопрос: «Почему спутники, обращающиеся вокруг Земли, не падают на нее, несмотря на действие силы тяжести?»)

Вопреки распространенному мнению, на спутники на орбите действует сила тяжести. На самом деле, на высоте нескольких сотен километров, где летает большинство спутников (включая МКС), сила гравитации лишь ненамного слабее, чем на поверхности Земли. Причина, по которой спутники не падают, заключается в их огромной горизонтальной (тангенциальной) скорости.

Спутник на самом деле постоянно «падает» на Землю под действием гравитации. Однако, обладая большой скоростью, направленной по касательной к поверхности планеты, он одновременно с падением смещается вперед на значительное расстояние. Из-за шарообразной формы Земли ее поверхность «уходит» из-под падающего спутника примерно с той же скоростью. В результате траектория падения спутника оказывается не прямой линией к центру Земли, а кривой, которая огибает планету.

Это можно представить с помощью мысленного эксперимента Ньютона с пушечным ядром. Если выстрелить ядром с высокой горы параллельно поверхности, оно пролетит некоторое расстояние и упадет. Если увеличить скорость выстрела, оно улетит дальше. При достижении определенной скорости, называемой первой космической скоростью (около 7.9 км/с для низкой околоземной орбиты), кривизна траектории падения ядра совпадет с кривизной земной поверхности. Ядро начнет непрерывно падать, но никогда не приблизится к Земле — оно выйдет на орбиту.

Таким образом, орбитальное движение — это постоянное состояние свободного падения, в котором тело имеет достаточную боковую скорость, чтобы постоянно «промахиваться» мимо планеты.

Ответ: Спутники не падают на Землю, потому что они движутся с очень большой горизонтальной скоростью. Сочетание их движения вперед по инерции и непрерывного падения вниз под действием гравитации приводит к тому, что их траектория изгибается, следуя кривизне Земли, и образует замкнутую орбиту.