Почему спутник остается на орбите?

Краткий ответ: это сочетание инерции и силы тяжести.

Длинный ответ:

В космосе, где (почти) нет сопротивления воздуха, потому что (почти) нет воздуха, движущийся объект будет иметь тенденцию просто дрейфовать по прямой с постоянной скоростью, если только не приложена сила, изменяющая направление движения объекта (например: столкновение с другим объектом, запуск ракеты и т. д.). Эта тенденция «двигаться вперед» называется инерцией.

В случае орбитального спутника прикладываемая сила представляет собой гравитационное притяжение Земли, которое пытается притянуть спутник обратно к поверхности Земли. Чем дальше вы от Земли, тем меньший эффект будет иметь сила тяжести.

Итак, чтобы собрать все вместе, НАСА (или кто-то еще) запускает спутник в космос с правильной скоростью, чтобы он не двигался достаточно быстро, чтобы улететь и избежать гравитации Земли, и на правильном расстоянии от Земли, чтобы гравитация могла не совсем тяну его обратно вниз.

Комбинация инерции спутника и силы тяжести Земли приводит к тому, что спутник движется по круговой траектории вокруг Земли, то есть: по стабильной орбите. Это точно такая же комбинация сил, которая заставляет Луну вращаться вокруг Земли, а Землю и другие планеты вращаться вокруг Солнца.

Конечно, с этим есть свои проблемы. Космос - не идеальный вакуум, поэтому существует небольшое «сопротивление воздуха», вызывающее очень незначительные изменения в движении спутника. Во-вторых, даже НАСА не может определить скорость и расстояние с достаточной точностью, чтобы удерживать спутник на стабильной орбите гораздо дольше, чем несколько лет.

Без незначительных корректировок курса спутника происходит одно из двух: либо спутник движется слишком быстро и ускользает от земной гравитации, улетая в космос, либо гравитация в конечном итоге выигрывает в этой маленькой игре небесного перетягивания каната, и спутник спускается слишком близко к Земле, входит в атмосферу и сгорает.

Чтобы продлить срок службы спутника, в спутник можно встроить небольшие ракеты и использовать их для корректировки его орбиты, или спутник может быть захвачен космическим кораблем (например, космическим шаттлом) и возвращен на более стабильную орбиту. Однако в большинстве случаев спутник переживет свою полезность задолго до того, как это произойдет. SkyLab, например, собирался вывести на более высокую орбиту с помощью первого космического корабля "Шаттл" в 1979 году, но когда завершение строительства первого космического челнока было отложено на два года, "Скайлаб" пришлось снова войти в атмосферу и сгореть на куски. Телескоп Хаббл может быть исключением из этого правила - он, вероятно, будет полезен еще много лет.

Надеюсь, это удовлетворительно ответит на ваш вопрос.

-B

Как только спутник выходит на орбиту, после этого, даже имея немного энергии, он может вращаться вокруг планеты с помощью силы тяжести.

Спутник, находящийся на орбите вокруг планеты, фактически падает при движении вперед. Но он движется вперед достаточно быстро, чтобы скорость его падения соответствовала кривизне планеты. Спутник запускается на орбиту, и ракетное топливо сильно подталкивает его к достижению очень высокой скорости, поэтому запускается с большим количеством энергии. Поскольку на той высоте, на которой вращаются спутники, очень мало атмосферы, очень мало трения, чтобы замедлить ее. Таким образом, он продолжает двигаться с той же скоростью.

В зависимости от силы притяжения планеты спутник будет опускаться вниз с определенной скоростью. Таким образом, на разных планетах будут разные скорости, необходимые для удержания спутника на орбите вокруг себя.

Но хотя количество атмосферы на больших высотах, на которых вращаются спутники, очень мало, часто будет крошечный кусочек воздуха и небольшое трение. В течение длительного периода времени этого может быть достаточно, чтобы немного замедлить его, а затем он начинает медленно приближаться по спирали, встречает больше воздуха и еще больше замедляется. В конце концов он сгорает из-за трения.

Спутник остается на орбите из-за баланса двух факторов:

1- Скорость или скорость, с которой он будет двигаться по прямой линии.
2- Гравитационное притяжение между Землей и спутником.

Чтобы проиллюстрировать этот принцип, прикрепите к веревке небольшой груз или шарик и поверните его по кругу. Если бы веревка порвалась, мяч полетел бы по прямой линии, но поскольку он привязан (как гравитация связывает спутник), он вращается вокруг вас.

Мы можем объяснить это на общем примере:

Представьте, что вы можете подняться на воображаемую гору, вершина которой находится над земной атмосферой (она будет примерно в 10 раз выше, чем гора Эверест), если вы бросите бейсбольный мяч с вершины горы, он упадет на землю по изогнутой дороге. На него действуют два движения: попытка идти по прямой и падение на землю. Чем быстрее вы бросите мяч, тем дальше он уйдет, прежде чем упадет на землю. Если бы вы могли бросить мяч со скоростью 17 000 миль в час, он бы не достиг земли. Он будет кружить вокруг Земли по изогнутой траектории; он будет на орбите. Он будет двигаться со скоростью 5 м / с и пересечь Соединенные Штаты за 10 минут.

Это скорость, необходимая для вывода спутников на орбиту, поэтому космическому шаттлу и другим спутникам требуются такие мощные ускорители.

Спутник «остается вверху», потому что центростремительная сила его движения по орбите компенсирует силу тяжести, притягивающую его обратно к Земле. Если вы думаете о вращающейся вокруг карусели, вам нужно держаться за нее, чтобы вас не сбило с толку. Для спутника, находящегося на орбите, сила тяжести компенсируется той же силой, которую вы чувствуете во время карусели.

Я собирался объяснить вам закон всемирного тяготения Ньютона, но ranajee82 уже сделал это, и он тоже острый!
логика101