Orbit Melingkar & Kecepatan Orbital
1 · Memprediksi
Jika Anda menempatkan satelit pada orbit melingkar yang lebih besar, bagaimana kecepatan orbit yang diperlukan untuk tetap berada pada lingkaran tersebut akan berubah?
- Orbit yang lebih luas membutuhkan kecepatan yang lebih cepat
- Kecepatannya sama pada setiap radius
- Orbit yang lebih luas membutuhkan kecepatan yang lebih lambat
2 · Pengaturan
- Buka simulasi orbit melingkar dan tekan Reset.
- Aktifkan pembacaan radius (r) dan eksentrisitas (e), dan nyalakan probe kecepatan.
- Untuk setiap radius di bawah, luncurkan satelit secara tangensial, tekan Putar, dan — setelah e mendekati 0 (lingkaran sebenarnya) — catat kecepatan orbitnya.
3 · Kumpulkan Data
| Massa satelit m (kg) | Jari-jari orbit r (m) | Kecepatan orbitv (m/s) | Gaya sentripetal F = m·v² / r (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 4.00 |
Plot kecepatan orbit v (sumbu y) terhadap radius orbit r (sumbu x). Kemudian plot v terhadap 1/√r dan jelaskan mana yang merupakan garis lurus.
4 · Analisis
- Tunjukkan pekerjaan Anda menghitung v = √(GM/r) dengan GM = 40 m³/s² untuk satu kali percobaan, dan bandingkan dengan kecepatan Anda membaca dari simulasi.
- Dengan bertambahnya jari-jari, apakah kecepatan orbitnya naik atau turun? Gunakan angka dari tabel Anda untuk memperdebatkan apakah v ∝ r, v ∝ 1/r, atau v ∝ 1/√r.
5 · Perluas
- Data Anda menggunakan satelit 1 kg. Apakah satelit bermassa 2 kg memerlukan kecepatan orbit berbeda pada radius yang sama? Jelaskan menggunakan v = √(GM/r) — apakah massa satelit muncul di dalamnya?
- Gaya sentripetal pada kolom terakhir disuplai seluruhnya oleh gravitasi. Jelaskan apa yang akan terjadi pada orbit jika satelit diluncurkan pada radius yang sama tetapi lebih cepat dari √(GM/r).
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Kecepatan Orbit Melingkar
Untuk orbit melingkar yang stabil, gravitasi memberikan gaya sentripetal yang tepat, yang menetapkan kecepatan pada v = √(GM/r). Ia hanya bergantung pada massa pusat (melalui GM) dan jari-jarinya — tidak pernah bergantung pada massa satelit itu sendiri.
Gaya Sentripetal
Benda apa pun yang bergerak melingkar berjari-jari r dengan kecepatan v ditarik ke dalam dengan gaya F = m·v²/r. Di sini gaya ke dalam dihasilkan oleh tarikan gravitasi massa pusat.