Одиннадцатый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Motion in two and three dimensions  1.1.3. Перемещение и Расстояние  1.1.4. Скорость и вектор скорости  1.1.5. Ускорение и замедление  1.1.6. Графический анализ движения  1.1.7. Уравнения движения (расширенные выводы)  1.1.8. Свободное падение и терминальная скорость  1.1.9. Projectile motion  1.1.10. Относительная скорость в одномерном и двумерном пространстве  1.1.11. Motion of a car on an inclined plane  1.2. Dynamics  1.2.1. Законы движения Ньютона и их применения  1.2.2. Инерция и первый закон Ньютона  1.2.3. Force and types of force  1.2.4. Static and kinetic friction  1.2.5. Круговое движение и центростремительное ускорение  1.2.6. Неравномерное круговое движение  1.2.7. Банкинг дорог и кривых  1.2.8. Импульс и момент  1.2.9. Сохранение импульса в одномерной и двумерной пространстве  1.2.10. Применения третьего закона Ньютона  1.3. Работа, Энергия и Мощность  1.3.1. Работа, выполняемая постоянной и переменной силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая и потенциальная энергия  1.3.4. Гравитационная и упругая потенциальная энергия  1.3.5. Сохранение механической энергии  1.3.6. Мощность и мгновенная мощность  1.3.7. Эффективность машин  1.3.8. Работа, выполненная консервативными и неконсервативными силами  1.4. Вращательное движение  1.4.1. Крутящий момент и угловое ускорение  1.4.2. Равновесие вращения  1.4.3. Момент инерции и его применения  1.4.4. Угловой момент и его сохранение  1.4.5. Kinetic energy of rolling motion and rotation  1.4.6. Теорема параллельных и перпендикулярных осей  1.4.7. Динамика вращательного движения
  2. Гравитационная сила  2.1. Универсальное тяготение  2.1.1. Newton's law of universal gravitation  2.1.2. Гравитационное поле и потенциал  2.1.3. Изменение ускорения из-за гравитации  2.1.4. Kepler's laws of planetary motion  2.1.5. Orbital mechanics and satellites  2.1.6. Скорость ухода и орбитальная скорость  2.1.7. Weightlessness and free fall  2.1.8. Gravitational potential energy and energy in orbits  2.1.9. Черные дыры и гравитационное линзирование
  3. Свойства вещества  3.1. Механика жидкости  3.1.1. Плотность и давление в жидкостях  3.1.2. Pascal's theory and applications  3.1.3. Принцип Архимеда и плавучесть  3.1.4. Уравнение Бернулли и его применения  3.1.5. Continuity equation and the Venturi effect  3.1.6. Surface tension and capillarity  3.1.7. Вязкость и закон Пуазейля  3.1.8. Число Рейнольдса и турбулентность  3.2. Упругость и деформация  3.2.1. Hooke's law and the stress-strain relation  3.2.2. Модуль упругости и его применения  3.2.3. Deformation and yield strength of solids
  4. Thermal physics  4.1. Тепло и температура  4.1.1. Thermometric properties and temperature scale  4.1.2. Термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов  4.1.3. Система теплообмена  4.1.4. Удельная теплоемкость и калориметрия  4.1.5. Скрытая теплота и фазовый переход  4.2. Кинетическая теория газов  4.2.1. Молекулярная модель газов  4.2.2. Кинетическое объяснение температуры  4.2.3. Уравнение идеального газа и отклонения  4.2.4. Mean free path and Maxwell–Boltzmann distribution  4.3. Законы термодинамики  4.3.1. Нулевой закон и тепловое равновесие  4.3.2. Первый закон и внутренняя энергия  4.3.3. The Second Law and Entropy  4.3.4. Цикл Карно и тепловые двигатели  4.3.5. Холодильники и тепловые насосы
  5. Волны и колебания  5.1. Простое гармоническое движение  5.1.1. Уравнения гармонических колебаний  5.1.2. Энергия в МГД  5.1.3. Damped and forced oscillations  5.1.4. Резонанс и приложения  5.1.5. Pendulum and spring-mass system  5.2. Волновое движение  5.2.1. Типы механических волн  5.2.2. Волновое движение и перенос энергии  5.2.3. Superposition Principle and Standing Waves  5.2.4. Reflection, Refraction and Diffraction  5.2.5. Эффект Доплера в звуке и свете  5.2.6. Pulsations and interference
  6. Electricity and Magnetism  6.1. Электростатика  6.1.1. Электрический заряд и его сохранение  6.1.2. Закон Кулона и его применение  6.1.3. Электрическое поле и электрический поток  6.1.4. Электрический потенциал и потенциальная энергия  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Электрический ток  6.2.1. Закон Ома и электрическое сопротивление  6.2.2. Сопротивление и температурная зависимость  6.2.3. Законы Кирхгофа и анализ цепей  6.2.4. Электрическая мощность и эффективность  6.2.5. Combination of resistors  6.3. Magnetism and Electromagnetism  6.3.1. Магнитные поля и их источники  6.3.2. Магнитная сила на движущиеся заряды  6.3.3. Electromagnetic induction  6.3.4. Законы Фарадея и Ленца  6.3.5. Индуктивность и трансформатор  6.3.6. Переменный ток и его применение
  7. Оптика  7.1. Отражение и преломление  7.1.1. Законы отражения и преломления  7.1.2. Зеркала и линзы  7.1.3. Total internal reflection and optical fiber  7.2. Волновая оптика  7.2.1. Интерференция и дифракция  7.2.2. Двойной щелевой эксперимент Юнга  7.2.3. Поляризация света
  8. Modern Physics  8.1.1. Photoelectric effect and Einstein's theory  8.1.2. Двойственность волны и частицы  8.1.3. Heisenberg's uncertainty principle  8.1.4. Эффект Комптона  8.2. Atomic and Nuclear Physics  8.2.1. Атомная модель и уровни энергии  8.2.2. Радиоактивный распад и период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и синтез
  9. Электроника и связь  9.1. Semiconductors  9.1.1. pn junction and diode  9.1.2. Транзисторы и логические элементы  9.1.3. Интегральные схемы и их применения  9.2. Communication Systems  9.2.1. Основы аналоговой и цифровой связи  9.2.2. Беспроводная и оптическая связь  9.2.3. Модуляция и демодуляция

Одиннадцатый класс → Гравитационная сила → Универсальное тяготение ↓


Скорость ухода и орбитальная скорость


Введение

Скорость ухода и орбитальная скорость — это важные концепции для понимания движения под воздействием гравитации. Они объясняют, какую скорость объекты в космосе должны иметь, чтобы избежать гравитационного притяжения небесных тел или вращаться вокруг них. Давайте погрузимся в эти концепции, объясняя их простым способом с использованием примеров и визуальных представлений.

Гравитация: краткое обновление

В простых терминах, гравитация — это сила, которая притягивает два объекта друг к другу. На Земле гравитация придает вес физическим объектам и тянет их к центру планеты. Сэр Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, который гласит, что каждая точечная масса притягивает каждую другую точечную массу во вселенной с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между их центрами.

F = G * (m1 * m2) / r^2

Где:

  • F — это гравитационная сила
  • G — это гравитационная постоянная
  • m1 и m2 — это массы двух объектов
  • r — это расстояние между центрами двух масс

Орбитальная скорость

Начнем с орбитальной скорости. Когда объект вращается вокруг планеты, он движется настолько быстро, что его путь следует за кривизной планеты. Чтобы достичь стабильной орбиты, объекту нужна определенная скорость, известная как орбитальная скорость.

Орбитальная скорость v для круговой орбиты близ поверхности планеты равна:

v = sqrt(G * M / r)

Где:

  • M — это масса планеты
  • r — это радиус орбиты, который примерно равен радиусу планеты, если вы очень близки к ее поверхности

Понимание этого на примере делает это еще более ясным. Если вы хотите, чтобы спутник вращался вокруг Земли, вы должны дать ему правильную скорость, чтобы он оставался над поверхностью и не падал обратно на Землю.

Земля Спутник Орбитальный путь

На рисунке выше зеленая точка представляет спутник. Он вращается вокруг Земли по круговой орбите, что означает, что его скорость достаточна, чтобы поддерживать свою орбиту, а не падать на поверхность из-за гравитации.

Скорость ухода

Теперь поговорим о скорости ухода. Это скорость, необходимая для выхода из-под гравитационного притяжения планеты или луны без дополнительного ускорения. Представьте, что вы пытаетесь запустить ракету в космос. Чтобы она не упала обратно вниз, она должна достигнуть скорости ухода.

Формула для скорости ухода ve выглядит следующим образом:

ve = sqrt(2 * G * M / r)

Обратите внимание, что это похоже на формулу орбитальной скорости, но с коэффициентом 2 под квадратным корнем, что указывает на более высокую энергию, необходимую для полного преодоления гравитации.

Визуализируйте это на следующем примере. Если вы стоите на Земле и бросаете мяч, он в конечном итоге упадет обратно. Но если вы сможете бросить его со скоростью ухода или более, мяч продолжит двигаться в космосе и не вернется.

Земля Путь на скорости ухода

На этой диаграмме красная линия представляет путь объекта, движущегося со скоростью ухода. Это достаточно быстро, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли.

Сравнение орбитальной и скорости ухода

Имеет большое значение, пытается ли объект вращаться вокруг планетарного тела или покинуть его. Орбитальная скорость необходима для вращения вокруг тела, в то время как скорость ухода обеспечивает, чтобы объект навсегда покинул гравитационное поле.

Они соотносятся следующим образом:

ve = sqrt(2) * v

С этим основным пониманием, снаряды, предназначенные для входа или выхода из орбиты вокруг Земли, будут требовать значительно разных начальных скоростей:

  • Орбитальная скорость для поверхности Земли составляет около 7,9 километра в секунду (км/с).
  • Скорость ухода для поверхности Земли составляет около 11,2 км/с.

Это означает, что объект должен двигаться примерно в 1,4 раза быстрее, чтобы освободиться от гравитации Земли, чем чтобы поддерживать стабильную орбиту.

Практические соображения

Итак, что это значит для космических путешествий и спутников? Понимание и достижение правильных скоростей имеет решающее значение. Инженеры балансируют горючее, полезный груз и скорость для успешного проектирования миссий. Будь то цель — разместить спутники вокруг Земли или отправить зонды к далеким планетам, скорости ухода и орбитальные скорости являются важными факторами в планировании.

Например, спутник должен достичь своей орбитальной скорости, чтобы гарантировать, что он остается в воздухе и выполняет ожидаемые функции по поддержанию сетей связи, наблюдению за погодой или услугам GPS. С другой стороны, такие миссии, как отправка роверов на Марс, должны достигнуть скорости ухода, чтобы выйти из влияния Земли и войти в траектории, соответствующие более далеким целям.

Заключительные мысли

Понимание концепций скорости ухода и орбитальной скорости имеет жизненно важное значение для изучения физики и понимания нашей вселенной. Они определяют, как объекты двигаются внутри и вне гравитационного поля планеты. Научившись вычислять и использовать эти скорости, открываются двери к исследованию космоса и восхищению возможностями, находящимися за пределами наших земных ограничений.


Одиннадцатый класс → 2.1.6


U
username
0%
завершено в Одиннадцатый класс

← Предыдущий (2.1.5)
Orbital mechanics and satellites
Следующий (2.1.7) →
Weightlessness and free fall

Комментарии 



Скорость ухода и орбитальная скорость

https://www.physicsflow.com/g11/2.1.6?pfal=ru