Mga Elliptical Orbit: Enerhiya, Escape Speed at Eccentricity
1 · Humula
Ang satellite ay inilunsad pa-tagilid sa radius r malapit sa central mass, sa bilis na mas mababa sa circular-orbit speed. Gaguhit ba ito ng saradong ellipse, magpapanatili ng perpektong bilog, o lilipad at hindi na babalik?
- Pumapasok ito sa sarado at pahabang ellipse at bumabalik sa bawat orbit.
- Pinapanatili nito ang perpektong bilog sa launch radius.
- Tumatakas ito sa central mass at hindi na babalik.
2 · Mag-set Up
- Buksan ang elliptical-orbit simulation at pindutin ang I-reset. Ang central mass ay nasa gitna ng stage na may gravitational parameter na GM = 40 m³/s².
- I-enable ang energy at eccentricity probe sa satellite para parehong ipakita nang live ang dalawang invariant.
- Para sa bawat trial sa ibaba, ilagay ang satellite sa radius r sa x-axis, bigyan ito ng purong pa-tagilid (tangential) na launch speed v, pindutin ang I-play, at hayaang kumpletohin ito ng kahit isang orbit bago itala ang settling na probe reading.
3 · Mangulekta ng Data
| Gravitational parameter GM (m³/s²) | Launch radius r (m) | Tangential launch speed v (m/s) | Escape speed v_esc (m/s) | Specific orbital energy ε (J/kg) | Eccentricity e |
|---|---|---|---|---|---|
| 40.00 | 2.00 | 4.00 | |||
| 40.00 | 3.20 | 3.00 | |||
| 40.00 | 4.00 | 2.40 | |||
| 40.00 | 5.00 | 2.00 |
I-plot ang sinusukat na eccentricity e (y-axis) laban sa specific orbital energy ε (x-axis). Kapag umakyat ang ε patungong zero, ano ang nangyayari sa hugis ng orbit?
4 · Mag-analisa
- Kalkulahin ang specific orbital energy ε = v²/2 − GM/r para sa bawat hilera at kumpirmahin ang sign. Ano sinasabi ng negatibong ε tungkol sa pagkakatali ng satellite sa central mass?
- Ihambing ang bawat launch speed v sa escape speed v_esc na kinalkula mo. Tangential ang launch, kaya h = r·v; ipakita na ang e = √(1 + 2εh²/GM²) ay nagre-reproduce ng eccentricity na binasa mo sa sim, at ipaliwanag kung bakit mas pahaba ang ellipse kapag mas malapit sa escape speed ang launch.
5 · Palawakin
- Para sa bawat launch radius, anong tangential speed ang magpapagiging perpektong bilog sa ellipse? (Hint: v_circ = √(GM/r).) Mas mataas o mas mababa ba ang launch speed sa table kaysa value na iyon, at paano nito naipapaliwanag ang hugis ng orbit?
- Ang mahabang-panahon na mga kometa ay may eccentricity na malapit sa 1. Ano ang ibig sabihin nito sa bilis nila sa pinakamalapit na daan kumpara sa lokal na escape speed — at bakit hindi gaano nakakatakas sa Araw?
Ang Physics sa Likod ng Experiment na Ito
Escape Speed
Ang pinakamababang tangential speed sa radius r na magpapahintulot sa satellite na makatakas sa central mass. Ang launch na mas mababa dito ay nagpapanatili ng negatibo ang ε at nakatali ang orbit — ellipse sa halip na malayang trajectory.
Circular Orbital Speed
ay humahatid papa-loob sa satellite pagkatapos binitawan
Mekaniks
- Projectile Motion at Kinetic Energy
- Bola sa Ramp: Enerhiya sa Frictionless na Incline
- Bloke sa Friction Ramp: Hanapin ang Static-Friction Threshold
- Terminal Velocity: Pagkahulog na may Drag
- Force Lab: Ikalawang Batas ni Newton
- Opposing Forces: Ikalawang Batas ni Newton at Momentum
- Bouncing Ball: Pagkawala ng Enerhiya sa Impact
- Elastic Collisions at Konserbasyon ng Momentum
- Inelastic Collision at Konserbasyon ng Momentum
- Newton's Cradle: Paglilipat ng Momentum at Enerhiya
- Simpleng Pendulum
- Masa sa Spring: Simple Harmonic Motion