Mehhaanika

Ringorbiit

Jälgi peaaegu ringorbiiti: raadius püsib kindlana ja ekstsentrilisus e ≈ 0.

Ringorbiit — interaktiivne Mehhaanika simulatsioon. Jälgi peaaegu ringorbiiti: raadius püsib kindlana ja ekstsentrilisus e ≈ 0. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

Ringorbiit

Ringorbiidil satelliidil on just piisav põiksuunaline kiirus, et tsentripetaalkiirendus kattuks gravitatsioonikiirendusega.

Stabiilse ringi jaoks v²/r = GM/r², andes v = √(GM/r). Kiirus on antud keskmassi korral raadiusega määratud.

• v = √(GM/r)
• T² ∝ r³

Uurimise kokkuvõte

Planeeri küsimus enne labori avamist

Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.

Juhtküsimus

Kui sa asetad satelliidi suuremale ringorbiidile, kuidas muutub kiirus, mis tal on vaja sellel ringil püsimiseks?

Kaalutavad ennustused

• Laiem orbiit vajab kiiremat kiirust
• Kiirus on igal raadiusel sama
• Laiem orbiit vajab aeglasemat kiirust

Muutujate rollid

Mida sina sead:

• Satelliidi mass m (kg)
• Orbiidi raadius r (m)

Mida sa mõõdad:

• Orbiidikiirus v (m/s)
• Tsentripetaaljõud F = m·v² / r (N)

Kuidas uurimustöö käib

1. Ava ringorbiidi simulatsioon ja vajuta Lähtesta.
2. Lülita sisse raadiuse (r) sond ja ekstsentrilisuse (e) näit ning kiiruse sond.
3. Iga allpool oleva raadiuse jaoks käivita satelliit põiksuunas, vajuta Esita ja — kui e on settinud lähemale 0-le (päris ring) — kirjuta tema orbiidikiirus üles.

Juhtiv võrrand

Ringorbiidi kiirus — v = √(GM / r)

Stabiilse ringorbiidi jaoks annab gravitatsioon täpselt vajaliku tsentripetaaljõu, mis määrab kiiruse v = √(GM/r). See sõltub ainult keskmassist (GM kaudu) ja raadiusest — mitte kunagi satelliidi enda massist.

Tsentripetaaljõud — F = m·v² / r

Iga kehale, mis liigub ringil raadiusel r kiirusega v, mõjub sissepoole jõud F = m·v²/r. Siin annab sissetõmbejõu keskmassi gravitatsiooniline tõmme.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Näita ühe katse jaoks oma arvutus v = √(GM/r) koos GM = 40 m³/s² ja võrdle seda simulatsioonist loetud kiirusega.
• Kas raadiuse kasvades orbiidikiirus tõuseb või langeb? Kasuta tabelist numbreid, et väita, kas kehtib v ∝ r, v ∝ 1/r või v ∝ 1/√r.

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Sinu andmed kasutasid 1 kg satelliiti. Kas 2 kg satelliit vajaks samal raadiusel teistsugust orbiidikiirust? Selgita v = √(GM/r) abil — kas satelliidi enda mass ilmub selles?
• Viimase veeru tsentripetaaljõu annab täielikult gravitatsioon. Selgita, mis juhtuks orbiidiga, kui satelliit saadetaks samal raadiusel, aga kiiremini kui √(GM/r).

• AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
• AP Physics C: Mechanics — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
• IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
• IB Physics — D.1 Gravitational fields
• General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
• NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces

1. Tere tulemast gravitatsiooni ringorbiidi juurde
2. Vali satelliit
3. Vajuta Esita
4. Püsiorbiit
5. Ava andmed
6. Said hakkama!

Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.

Ava interaktiivne labor →

Laadi tööleht alla →

Newtoni üldine gravitatsiooniseadus