Штучні супутники - На допомогу вчителю астрономії
1. Чи можуть космічні апарати рухатися прямолінійними траєкторіями?
1Це можливо у двох випадках:
1) космічний корабель рухається з працюючим двигуном;
2) космічний апарат рухається з вимкненим двигуном, але він повинен мати нескінченну швидкість.
2. Яку швидкість повинен мати космічний корабель, що рухається круговою орбітою навколо Землі?
При використанні реактивної тяги корабель може мати будь-яку швидкість. З вимкненим двигуном швидкість корабля може бути лише круговою, що обчислюється за формулою
деM- маса Землі,R- радіус Землі,h- висота космічного корабля над поверхнею Землі,G- гравітаційна постійна.
3. Нижня межа висот штучних супутників Землі близько 200 км, а штучні супутники Місяця літали на висоті лише близько 15 км. Чому так різко відрізнялися висоти ШСЗ та ІСЛ?
Штучний супутник Землі не може рухатися на висотах менших за 200 км, тому що через опір атмосфери час його життя буде мало (кілька діб або навіть кілька годин). Гранична висота польоту ІСЛ визначається насамперед гірським рельєфом, оскільки атмосфери на Місяці немає.
4. Штучний супутник Землі рухається круговою орбітою. Як зміниться орбіта ШСЗ, якщо швидкість збільшити на невелику величину? зменшити?
Орбіта у тому й іншому випадку стане еліптичною. У першому випадку та точка орбіти, де сталося збільшення швидкості, стане перигеєм нової еліптичної орбіти, а в другому - при зменшенні швидкості, її апогеєм.
5. Чому всі штучні супутники Землі, крім стаціонарних, мають еліптичні орбіти, а чи не кругові?
Вважають за краще запускати супутник зішвидкістю дещо більшою, ніж кругова, тому що при цьому його час життя помітно більший, ніж супутника, запущеного з круговою швидкістю.
6. Чи може штучний супутник мати таку орбіту, щоб його траса проходила тільки через Європу і Африку?
Таку трасу матиме добовий штучний супутник Землі з нахилом орбітиi60 o .
7. Як із космічного корабля, що рухається круговою орбітою, відправити на Землю якесь тіло?
Це можна зробити трьома способами:
1) відкинути тіло назад по орбіті, тобто зменшити його швидкість і перевести на еліптичну орбіту, що лежить всередині кругової;
2) тіло треба кинути вниз, це також приведе його на внутрішню еліптичну орбіту;
3) поєднанням першого та другого способів.
8. Після відокремлення супутника від останнього ступеня ракети-носія, остання рухається спочатку за супутником, а потім обганяє його? Чому?
Маючи більший поперечний переріз, ракета-носій сильніше гальмується атмосферою; внаслідок чого знижуючись, вона починає рухатися з більшою кутовою швидкістю навколо Землі.
9. Якими параметрами орбіт відрізняються один від одного екваторіальні, полярні, синхронні, добові, стаціонарні штучні супутники Землі?
У полярних супутників вісь обертання Землі лежить у площині орбіти; у екваторіальних супутників площина орбіти збігається з площиною екватора. Синхронні супутники мають період обігу кратний періоду обертання Землі. У добових супутників ці два періоди збігаються. Геостаціонарний супутник – це екваторіальний добовий супутник. Його під супутникова точка не переміщається поверхнею Землі.
10. У штучного супутника Землі горизонтальні координати залишаються.незмінними. Який висновок можна зробити про обертання Землі, спосіб, ексцентриситет і велику півосі орбіти супутника?
Постійність азимуту та висоти ШСЗ означає, що це геостаціонарний супутник. Такий супутник може існувати тільки у планети, що обертається. Орбіта супутника єдина у цієї планети, вона кругова, розташовується в екваторіальній площині Землі.
11. Чи фази показують штучні супутники Землі?
Зміни штучних супутників Землі та Місяця збігаються. Зміна фази впливає зміну блиску ШСЗ.
12. Чому більшість штучних супутників бувають видні на небі у вечірні години після заходу Сонця і передранкові перед сходом Сонця?
У цей час тінь від Землі знаходиться близько до горизонту і супутник на більшій частині видимої траєкторії не затьмарюється.
13. Рух пілотованого космічного корабля у вільному польоті здійснюється так, що його поздовжня вісь завжди спрямована по радіусу Землі. Чи обертається космічний корабель? Яке природне тіло рухається так само?
Космічний корабель обертається навколо своєї осі з періодом, рівним періоду обертання корабля навколо Землі. Аналогічна ситуація має місце у системі Земля-Луна.
14. Яке природне тіло небесне рухається під дією тієї ж сили, що і штучні супутники Землі?
Місяць під впливом сили тяжіння Землі.
15. Які природні небесні тіла рухаються під дією тієї ж сили, що й автоматичні міжпланетні станції?
Усі планети Сонячної системи під впливом сили тяжіння до Сонця.
16. Чи виконується закон збереження механічної енергії для супутника, що рухається еліптичною орбітою? Які перетворення енергіївідбуваються під час переходу супутника з апогею в перигей?
Механічна енергія супутника, що рухається у вакуумі, залишається незмінною величиною. У апогеї потенційна енергія найбільша; при переході в перигей частина потенційної енергії перетворюється на кінетичну.
17. Навіщо потрібні надувні супутники?
Супутники-балони застосовують для вивчення земної атмосфери та активності Сонця. Такі супутники, що мають малу масу і великий поперечний переріз, легко реагують на зміни щільності атмосфери.
18. Який супутник і навіщо зроблено з урану?
1975 року Францією було запущено штучний супутник Землі, виготовлений з урану-238. Його маса 47 кг, радіус 25 см. Поверхня покрита кутовими відбивачами та забезпечує точність світлової локації від наземних об'єктів до 2 см. Використання матеріалу великої густини дозволяє звести до мінімуму сили опору земної атмосфери.
19. Як заряджені штучні супутники?
ШСЗ набувають позитивного заряду в результаті опромінення їх космічними променями, що складаються переважно з протонів і частинок.
20. На яких етапах польоту космонавт має найбільшу вагу? найменша вага?
На етапах зльоту та посадки, коли космічний корабель рухається з прискоренням, має місце перевантаження; б вільному польоті орбітою спостерігається невагомість.
21. Чому всередині космічного корабля, що у вільному польоті, тіла невагомі?
Космічний корабель і тіла, що знаходяться в ньому, падають на Землю з однаковим прискоренням, внаслідок чого для тіл зникає реакція опори. Це сприймається як втрата ваги. Цей стан називається динамічною невагомістю.
22. Космонавт вийшов у відкритий космос. Чи збережеться у нього станневагомості, якщо він знаходиться на поверхні корабля?
В даному випадку космонавт матиме вагу внаслідок тяжіння до космічного корабля, проте його значення буде дуже мало.
23. За яких умов на космічному кораблі вага космонавта виявляється рівною його вазі на поверхні Землі?
Можливі два варіанти:
1) космічний корабель повинен рухатися поступово з прискоренням, що дорівнює прискоренню вільного падіння на поверхні Землі;
2) космічний корабель повинен обертатися з такою кутовою швидкістю, щоб у місці знаходження космонавта на кораблі доцентрове прискорення дорівнювало 9.8 м/c 2 .
24. Чи справедливі закони Паскаля і Архімеда всередині космічного корабля, що у вільному польоті?
Закон Паскаля справедливий, а закон Архімеда не діє, оскільки тіло, і рідина виявляються невагомими.
25. Що відбувається з рідиною в закритій посудині на борту космічного корабля?
Вважаємо, що рідина займає частину судини. Рідина, що не змочує, набуде форми кулі. Рідина, що змочує, розтікається по поверхні судини.
26. Які види теплопередачі реалізуються всередині космічного корабля?
Через невагомість природна конвекція практично не матиме місця. Примусова циркуляція газу забезпечується з допомогою вентиляторів; теплопровідність і променевипускання не залежать від невагомості.