SKALA ODLEGŁOŚCI WE WSZECHŚWIECIE 

Jednostki astronomiczne:

1. Jednostka astronomiczna AU jest równa średniej odległości Ziemi od Słońca 1 AU=149 597 870 km

2. Rok świetlny jest to odległość, jaką światło przebędzie w ciągu jednego roku i wynosi 9,4605 * 1015 m

3. Parsek jest to odległość, z której widzielibyśmy promień orbity Ziemi pod kątem 1 sekundy łuku.

1 pc =3,2616 roku świetlnego = 206265 AU = 3,08 57*1016 m

Dla wszystkich planet Układu Słonecznego siła grawitacji słonecznej jest siłą dośrodkową (satelita może tylko wtedy krążyć wokół Ziemi po orbicie w kształcie okręgu, gdy siła grawitacji stanowi siłę dośrodkową)

Pierwsza prędkość kosmiczna – prędkość początkowa, jaką trzeba nadać dowolnemu ciału (np. rakiecie), by jego energia kinetyczna pokonała grawitację planety.

s/km9,7ZiemiVR

GMV

I

I

Druga prędkość kosmiczna to prędkość, jaką należy nadać obiektowi, aby opuścił na zawsze dane ciało niebieskie poruszając się dalej ruchem swobodnym, czyli, aby tor jego ruchu stał się parabolą lub hiperbolą .

s/km2,11ZiemiVR

GM2V

II

II

Trzecia prędkość kosmiczna – prędkość początkowa potrzebna do opuszczenia Układu Słonecznego

Prędkość ta przy powierzchni Ziemi 16,7 km/s

Czwarta prędkość kosmiczna – prędkość początkowa potrzebna do opuszczenia Drogi Mlecznej - 130 km/s

http://fizyka.zamkor.pl/aplety/programy_do_lfp1/gora_newtona/newtmtn.html

Aby wynieść ciało na orbitę należy mu nadać tak dużą prędkość, że będzie w stanie pokonać grawitację naszej planety.

Prędkość taka jest nazywana I prędkością kosmiczną.

Jest to prędkość dzięki której wyniesiemy satelitę na taką wysokość na której już będzie mógł orbitować.

Ciało które zostało wystrzelone z odpowiednią prędkością ponad Ziemią, doznaje zakrzywienia toru swego ruchu, na skutek działania grawitacji. Powoduje to ruch ciała po okręgu.

Jego stałość warunkuje równość pomiędzy dwoma siłami jakie działają na ciało:

siłą grawitacji i siłą dośrodkową, zależną od prędkości ciała i promienia jego orbity.

W 1957 pierwszy satelita Sputnik I, krążył na wysokości 160 km ponad powierzchnią Ziemi, a jeden jego obieg trwał 96 minut

Istnieją trzy główne przedziały orbit wokół ziemi:

niska orbita okołoziemska

pośrednia orbita kołowa

orbita geostacjonarna.

W czasie lotu suborbitalnego pojazd dociera do przestrzeni kosmicznej, ale nie zostaje umieszczony na orbicie. Jego trajektoria prowadzi z powrotem na powierzchnię Ziemi. Loty suborbitalne mogą trwać wiele godzin.

Minimalny lot orbitalny wymaga znacznie większych prędkości, niż lot suborbitalny.

Aby możliwy był stabilny, długotrwały lot kosmiczny, pojazd musi osiągnąć minimalną prędkość orbitalną wymaganą dla zamkniętej orbity.

Możemy tak ustawić satelitę, aby jego obrót był całkowicie zsynchronizowany z obrotem Ziemi, czyli aby krążył w tym samym kierunku co obraca się Ziemia i tak aby okres jego obiegu wynosił 24h. W ten sposób satelita jest niejako zawieszony cały czas nad tym samym miejscem na Ziemi. Orbita po której krąży taki satelita nazywamy orbitą geostacjonarną, lub geosynchroniczną. Satelity które krążą po takich orbitach to satelity telekomunikacyjne.

•badanie sąsiedztwa naszej planety

•badanie składu i budowy atmosfery

•system łączności satelitarnej

•przewidywanie i obserwacja zjawisk pogodowych

•system nawigacji satelitarnej

•badanie wszechświata - astronomia

•badania geodezyjne

•badania w zakresie medycyny kosmicznej

Satelity wynoszone są na orbitę przez rakiety.

W starcie rakiety jest wykorzystywana III zasada dynamiki w następujący sposób: kiedy z silnika rakiety jest wyrzucona pewna masa w kierunku pionowym i zwrocie w dół to rakieta jest popychana w tym samym kierunku ale przeciwnym zwrocie i właśnie tak startuje rakieta.

Lot typowo zaczyna się odpaleniem rakiety nośnej, która dostarcza wstępnego ciągu do pokonania siły ciężkości i odrywa pojazd od powierzchni Ziemi.

Lot statku kosmicznego można podzielić na 3 główne fazy:

1- start i wprowadzenie statku na orbitę przez nadanie mu odpowiedniej prędkości i kierunku lotu; wykorzystuje się do tego zazwyczaj wielostopniowe rakiety nośne, których poszczególne człony odłączają się od modułu orbitalnego po wypaleniu paliwa lub na odpowiedni sygnał sterujący

2 - lot bezwładny po orbicie wokół planety lub wzdłuż określonej trajektorii w przestrzeni międzyplanetarnej

3 - lądowanie (na Ziemi lub innym ciele niebieskim), manewr polegający głównie na wyhamowaniu statku za pomocą jego silników rakietowych lub w wyniku działania oporu aerodynamicznego.

Niektóre bezzałogowe statki kosmiczne po zakończeniu eksploatacji pozostawia się na ich orbitach (zawsze w przypadku próbników międzyplanetarnych, a także pierwszych satelitów Ziemi). Obecnie najczęściej niszczy się sztuczne satelity Ziemi przez kontrolowane wprowadzenie w gęste warstwy atmosfery. Wahadłowce lądują na specjalnie przygotowanych lądowiskach na Ziemi.

Nieważkość – stan, w którym działające na układ ciał siły zewnętrzne nie wywołują wzajemnych ciśnień (nacisków) części układu na siebie, a wewnętrzne oddziaływania grawitacyjne są pomijalne.

Siła grawitacjiFg

Siła odśrodkowa

F

Nieważkość odczuwa się także w jakimkolwiek układzie zamkniętym podczas swobodnego spadania – np. w windzie, która się urwała, a także w samolocie podczas tzw. lotu parabolicznego. Lot taki polega na tym, że samolot początkowo wznosi się, następnie samolot zmienia kierunek lotu, trwa to ok. 1 minuty.

Nieważkość odczuwa pasażer statku kosmicznego (astronauta) po wyjściu rakiety z gęstej atmosfery (powyżej ok. 90 km) i wyłączeniu silników rakietowych.

http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Astronauts_in_weightlessness.jpg&filetimestamp=20060118191854

Wbrew rozpowszechnionym opiniom nieważkość nie jest stanem, w którym na ciało nie oddziałują siły grawitacji!

Stacja kosmiczna krąży po orbicie okołoziemskiej dzięki temu, że grawitacja pełni w stosunku do niej funkcję siły dośrodkowej, nadającej stacji przyspieszenie dośrodkowe powodujące zakrzywienie jej toru lotu.

W układzie nieinercjalnym związanym ze stacją obserwator odnosi wrażenie, jakby tam nie działały żadne siły, a wszystkie lecące w niej obiekty były nieważkie.

Przeciążenie to zjawisko występujące podczas startu oraz lądowaniu rakiet kosmicznych. Dotyczy ono bezpośrednio kosmonauty znajdującego się w kabinie statku.

Siła grawitacji

Fg

m - masa

Siła odśrodkowa

F=mω²r

FgSiła grawitacji

Siła występująca podczas startu rakiety

Przeciążenie to jedno z najbardziej dotkliwych dla kierowców samochodów wyścigowych zjawisk fizycznych.

W 1977 roku podczas Grand Prix Wielkiej Brytanii na torze Silverstone brytyjski kierowca David Pursley zderzył się ze ścianą. Pursley wytrzymał w swoim bolidzie hamowanie z prędkością 173 km/h do 0 km/h na odcinku zaledwie 66 cm.

Oznaczało to przeciążenie o wartości  179,8 g.

Podpułkownik John Stapp zgodził się znieść przeciążenie równe 46,2g. Skutki eksperymentu przeprowadzonego w 1947 roku były jednak przykre dla zdrowia Stappa. Oficerowi amerykańskiej armii popękały naczynia krwionośne w gałce ocznej, co doprowadziło do okresowej utraty wzroku. 

Podczas kaszlu jednostka ludzka doświadcza przeciążenia równego 3,5g, a podczas kichania 2,9g.

Życie na orbicie

Kosmonauta Jurij Malenczenko spędził ponad 420 dni w kosmosie.

Przebywał na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, mieszkał na rosyjskiej stacji Mir, latał amerykańskim promem i rosyjskim Sojuzem.

VG

R

mgr

mvRN

GRF2

dos

mgr

mvRN

GRF2

dos

Sonda Voyager 2

Asteroida Apophis

Amerykańska agencja kosmiczna (NASA) przygotowuje plany umożliwiające lądowanie na asteroidzie. NASA chce sprawdzić, czy jest możliwa zmiana kursu takiego ciała w przypadku, gdyby zmierzało ono w kierunku Ziemi. Naszej planecie może w 2029 roku zagrozić stosunkowo niewielka asteroida Apophis o masie 8·1010 kg. Astronomowie oceniają, że asteroida mija naszą planetę w niewielkiej odległości raz na 1500 lat. Podczas jednego obiegu wokół Słońca orbita Apophis dwukrotnie przecina się z orbitą Ziemi. Najbliższe zbliżenie do Ziemi nastąpi w piątek 13 kwietnia 2029 roku. Astronomowie szacują, że wartość prędkości asteroidy względem Ziemi w momencie potencjalnego zderzenia będzie wynosiła około 13 km/s.

Na podstawie:

http://neo.jpl.nasa.gov/news/news146.html

http://en.wikipedia.org/wiki/99942_Apophis

Oszacuj wartość przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni asteroidy. W obliczeniach przyjmij, że asteroida jest jednorodną kulą.Podaj, w którym położeniu (peryhelium czy aphelium) wartość prędkości obiegu asteroidy wokół Słońca jest najmniejsza. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do odpowiedniego prawa i podając jego treść.

Oszacuj okres obiegu asteroidy wokół Słońca. Wynik podaj w dniach ziemskich. Podczas obliczeń przyjmij, że asteroida porusza się po orbicie kołowej, rok ziemski trwa 365 dni, a średnia odległość Ziemi od Słońca jest równa 1 AU (1 AU = 15·1010 m).

Wykaż, że wartość pierwszej prędkości kosmicznej dla asteroidy Apophis wynosi około 0,165 m/s.

Oblicz maksymalną energię, jaka może wydzielić się w momencie zderzenia asteroidy z powierzchnią Ziemi. Wyraź tę energię w megatonach (MT), przyjmując, że 1 MT ≈ 4·1015 J.