Giải thích được tại sao các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất cuối cùng đều rơi xuống Trái Đất.
Ở độ cao bằng một nửa bán kính Trái Đất có một vệ tinh nhân tạo chuyển đồng tròn đều xung quanh Trái Đất. Biết gia tốc rơi tự do ở mặt đất là 10m/ s 2 và bán kính Trái Đất là 6400km. Tốc độ dài của vệ tinh là:
A. 6732m/s
B. 6000m/s
C. 6532m/s
D. 5824m/s
Gia tốc rơi tự do ở độ cao h=0,5R là:
g ' = G M ( R + 0 , 5 R ) 2 = 4 9 G M R 2 = 4 9 g = 4 9 .10 = 40 9 m / s 2
Mặt khác, ta có:
g ' = v 2 r → v = r g ' = ( 6400 + 0 , 5.6400 ) .1000. 40 9 = 6532 m / s
Đáp án: C
Ở độ cao bằng 7 9 bán kính Trái Đất có một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều xung quanh Trái Đất. Biết gia tốc rơi tự do ở mặt đất là 10m/ s 2 và bán kính Trái Đất là 6400km. Tốc độ dài và chu kì chuyển động của vệ tinh lần lượt là
A. 7300m/s; 4,3 giờ
B. 7300m/s; 3,3 giờ
C. 6000m/s; 4,3 giờ
D. 6000m/s; 3,3 giờ
Khi vệ tinh bay quanh Trái Đất thì lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh đóng vai trò là lực hướng tâm.
F h d = F h t ⇔ G m M r 2 = m v 2 r ⇒ v = G M r
Với: r = R + h = R + 7 9 R = 16 R 9
Nên: v = G M 16 R 9 = 3 4 G M R
Mặt khác: Gia tốc rơi tự do của vật ở mặt đất:
g = G M R 2 ⇒ G M = g R 2 v = g R 2 16 R 9 = 9 g R 16 = 9.10.6400000 16 = 6000 m / s
Ta có:
T = 2 π ω mà v = ω . r = ω . 16 R 9 → ω = 9 v 16 R
T = 2 π ω = 2 π 9 v 16 R = 32 π R 9 v = 32 π 6400000 9.6000 = 11914 , 8 s = 3 , 3 h
Vậy chu kì chuyển động của vệ tinh là: 3,3 giờ.
Đáp án: D
LÀM THẾ NÀO ĐỂ BAY RA KHỎI TRÁI ĐẤT ?
Khi bạn đá quả bóng hay bắn viên đạn lên trời,dù cao đến đâu rồi chúng cũng rơi xuống đất. Tại sao chúng không lên cao mãi và "đi luôn" nhỉ? Đơn giản là tất cả các vật thể quanh Trái Đất đều không thể "chạy trốn'' khỏi sức hút của nó.
Vậy sao các vệ tinh nhân tạo và phi thuyền không gian vẫn có thể bay quanh Trái Đất rất nhiều ngày mà không bị rơi?
Muốn giải thích điều này, trước tiên chúng ta hãy làm một thí nghiệm đơn giản: Buộc một vật nặng vào đầu dây, cầm chắc đầu kia sợi dây và quay mạnh. Tay bạn sẽ cảm thấy có một lực kéo căng ra các phía. Lực kéo đó gọi là lực ly tâm. Một lực khác của sợi dây giữ chặt vật nặng và bắt nó quay tròn, gọi là lực hướng tâm. Lực ly tâm và lực hướng tâm tuy ngược nhau nhưng cân bằng và tác động vào hai vật thể (sợi dây và vật nặng). Mọi vật khi chuyển động tròn đều bị tác động của lực hướng tâm.
Khi bay, vệ tinh nhân tạo cũng chịu tác dụng của lực hướng tâm do sức hút của Trái Đất sinh ra. Nếu vệ tinh có tốc độ nhỏ, lực hướng tâm cần thiết không đủ lớn, thì sức hút này không những buộc vệ tinh nhân tạo phải bay quanh mà còn kéo nó trở lại Trái Đất.
Chỉ khi vệ tinh nhân tạo bay với tốc độ cực lớn, đến mức lực hướng tâm hoàn toàn dùng vào chuyển động tròn của vệ tinh thì nó mới không bị rơi. Theo tính toán khoa học, để khả năng này xảy ra, vệ tinh nhân tạo phải đạt tốc độ 7,9km/s và phải bay theo hướng ném văng ra khỏi mặt nước. Tốc độ này được gọi là ''tốc độ vũ trụ 1''.
Tuy vậy, ngay cả ở tốc độ này, do gặp phải lớp không khí mỏng ngoài Trái Đất, vệ tinh sẽ chuyển động chậm dần và cuối cùng rơi vào tầng khí quyển đậm đặc, cọ xát nóng lên và bốc cháy.
Để khắc phục hiện tượng đó và ''thoát ly'' khỏi Trái Đất, vệ tinh phải đạt tốc độ 11,2km/s, khi đó nó sẽ trở thành vệ tinh nhân tạo. Tốc độ này còn gọi là ''tốc độ thoát ly'' hoặc ''tốc độ vũ trụ 2''.
Nếu muốn bay tới các hành tinh khác, vệ tinh cần đạt tốc độ 16,7km/s. Tốc độ này là ''tốc độ vũ trụ 3''.
LÀM THẾ NÀO ĐỂ BAY RA KHỎI TRÁI ĐẤT ?
Khi bạn đá quả bóng hay bắn viên đạn lên trời,dù cao đến đâu rồi chúng cũng rơi xuống đất. Tại sao chúng không lên cao mãi và "đi luôn" nhỉ? Đơn giản là tất cả các vật thể quanh Trái Đất đều không thể "chạy trốn'' khỏi sức hút của nó.
Vậy sao các vệ tinh nhân tạo và phi thuyền không gian vẫn có thể bay quanh Trái Đất rất nhiều ngày mà không bị rơi?
Muốn giải thích điều này, trước tiên chúng ta hãy làm một thí nghiệm đơn giản: Buộc một vật nặng vào đầu dây, cầm chắc đầu kia sợi dây và quay mạnh. Tay bạn sẽ cảm thấy có một lực kéo căng ra các phía. Lực kéo đó gọi là lực ly tâm. Một lực khác của sợi dây giữ chặt vật nặng và bắt nó quay tròn, gọi là lực hướng tâm. Lực ly tâm và lực hướng tâm tuy ngược nhau nhưng cân bằng và tác động vào hai vật thể (sợi dây và vật nặng). Mọi vật khi chuyển động tròn đều bị tác động của lực hướng tâm.
Khi bay, vệ tinh nhân tạo cũng chịu tác dụng của lực hướng tâm do sức hút của Trái Đất sinh ra. Nếu vệ tinh có tốc độ nhỏ, lực hướng tâm cần thiết không đủ lớn, thì sức hút này không những buộc vệ tinh nhân tạo phải bay quanh mà còn kéo nó trở lại Trái Đất.
Chỉ khi vệ tinh nhân tạo bay với tốc độ cực lớn, đến mức lực hướng tâm hoàn toàn dùng vào chuyển động tròn của vệ tinh thì nó mới không bị rơi. Theo tính toán khoa học, để khả năng này xảy ra, vệ tinh nhân tạo phải đạt tốc độ 7,9km/s và phải bay theo hướng ném văng ra khỏi mặt nước. Tốc độ này được gọi là ''tốc độ vũ trụ 1''.
Tuy vậy, ngay cả ở tốc độ này, do gặp phải lớp không khí mỏng ngoài Trái Đất, vệ tinh sẽ chuyển động chậm dần và cuối cùng rơi vào tầng khí quyển đậm đặc, cọ xát nóng lên và bốc cháy.
Để khắc phục hiện tượng đó và ''thoát ly'' khỏi Trái Đất, vệ tinh phải đạt tốc độ 11,2km/s, khi đó nó sẽ trở thành vệ tinh nhân tạo. Tốc độ này còn gọi là ''tốc độ thoát ly'' hoặc ''tốc độ vũ trụ 2''.
Nếu muốn bay tới các hành tinh khác, vệ tinh cần đạt tốc độ 16,7km/s. Tốc độ này là ''tốc độ vũ trụ 3''.
Vệ tinh nhân tạo của Trái Đất ở độ cao 300m bay với vận tốc 7,0km/s. Coi vệ tinh chuyển động tròn đều và bán kính Trái Đất bằng 6400km. Chu kì của vệ tinh bay quanh Trái Đất là
A. 2h34’.
B. 1h43’.
C. 1h27’.
D. 4h15’.
Vệ tinh nhân tạo của Trái Đất ở độ cao 300m bay với vận tốc 7,0km/s. Coi vệ tinh chuyển động tròn đều và bán kính Trái Đất bằng 6400km. Chu kì của vệ tinh bay quanh Trái Đất là
A. 2h34'
B. 1h43'
C. 1h27'
D. 4h15'
Hình 52.3 là ảnh chụp Trái Đất từ vệ tinh nhân tạo. Mỗi ảnh chỉ ghi được các vùng lãnh thổ của một nửa phần Trái Đất. Tại sao? Hai ảnh này được chụp cách nhau ít nhất là bao nhiêu giờ?
- Mỗi ảnh chỉ ghi được các vùng lãnh thổ của một nửa phần Trái Đất, vì Trái Đất luôn tự quay quanh trục của nó nên vệ tinh nhân tạo chỉ chụp được một nửa phần Trái Đất.
- Hai ảnh này cách nhau ít nhất là 12 giờ vì thời gian để Trái Đất hoàn thành một vòng quay là 24 giờ nên thời gian để Trái Đất quay nửa vòng là 12 giờ.
1 vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh trái đất với tốc độ 8km/s và cách mặt đất 600 km. Biết R trái đất =6400 km
a. tính tốc độ góc của vệ tinh bay 1 vòng quanh trái đất
b. tính chu kỳ ( thời gian ngắn nhất vệ tinh bay hết một vòng quanh trái đất)
a. Ta có: \(8km/s=8000m/s\)
Khoảng cách từ vệ tinh đến trái đất:
\(r=\left(600.10^3\right)+\left(6400.10^3\right)=7.10^6m\)
Tốc độ góc của vệ tinh bạy 1 vòng trái đất:
\(\omega=\dfrac{v}{r}=\dfrac{8000}{7.10^6}=\dfrac{1}{875}\left(rad/s\right)\)
b. Chu kì của vệ tinh bay hết một vòng trái đất:
\(T=\dfrac{2\pi}{\omega}=\dfrac{2.3,14}{\dfrac{1}{875}}=5495s\)
Một vệ tinh nhân tạo có khối lượng 100 kg, được phóng lên quỹ đạo quanh Trái Đất ở độ cao mà tại đó nó có trọng lượng 920N. Chu kì của vệ tinh là 5,3. 10 3 s. Biết bán kính Trái Đất là R = 6400 km. Khoảng cách từ bề mặt Trái Đất đến vệ tinh.
A. 640km
B. 204,3km
C. 146,058km
D. 320km
- Theo Niutơn thì trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên vệ tinh chính là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh.
P = F h d = 920 N
- Mà: F h d = F h t = 920 N
F h t = m v 2 r = m 4 π 2 T 2 r 2 r = m 4 π 2 r T 2 ⇒ r = F h t T 2 m 4 π 2 = 920. ( 5 , 3.10 3 ) 2 100.4 π 2 = 6546057 , 712 m = 6546 , 058 km
Mà:
r = R + h ⇒ h = r − R = 6546 , 058 − 6400 = 146 , 058 k m
Đáp án: C