地球、太陽、または太陽系の他の天体など、中心天体の周りを回転する天体または人工天体は、衛星であることが知られています。ただし、これらの衛星は公転し、地球に来ると円形または楕円形の軌道を作ります。この場合、地球は中心体と言われています。
この研究資料ノートでは、地球の周りの衛星の動きについて説明します。惑星の周りの衛星の動きは、円運動をしている他の物体と同じ特徴を持っています。トピックについて詳しく学びましょう。
サテライトとは?
衛星は、宇宙でより重い物体の周りを回転する物体または物体です。サテライトには次の 2 種類があります。
- 自然衛星 ：彗星や月など、宇宙に自然に存在する衛星。
- 人工衛星 :天気予報、通信などのさまざまな目的のために人間が作成した衛星。
宇宙には多数の自然衛星があり、すべての惑星には少なくとも 1 つの自然衛星があります。私たちの地球には月が 1 つしかありませんが、木星などの他の惑星には 53 個の衛星 (月) があることが知られています。
1957 年 10 月 4 日、現在のロシアであるソビエト連邦は、スプートニク 1 号と名付けられた最初の人工衛星を宇宙に打ち上げました。
地球を回る衛星の動き
地球を周回する衛星には、円軌道上を移動する物体と同様の速度と加速度の成分があります。衛星は地球の周りを回っている間、円形の経路を作ります。
この円形経路の接線は衛星の速度の方向を示し、加速度は円の中心に向かっています。
地球と衛星の間にはさまざまな力が作用し、円軌道上を周回しています。円の内側方向に作用する正味の力により、衛星は地球の周りを加速します。
地球と衛星の間に作用する重力と求心力は、地球の周りの衛星の動きを引き起こす 2 つの主要な力です。
求心力がなければ、衛星は同じ速度と方向で動き続けます。このような場合、衛星は直線的な経路を移動し、円運動はありません。
ただし、一部の衛星は楕円軌道に沿って移動します。その場合、円運動とは異なり、中心体は楕円の焦点に配置されます。
その結果、衛星の速度成分は楕円の接線に沿って作用します。同時に、加速は焦点に向かって作用します。
ニュートンの運動の第 2 法則に従って 、正味の力の方向は焦点に向かっています。
これは、求心力と重力とともに、同じ方向または反対方向の力の成分が作用するためです。
この力の成分が衛星の速度を変化させます。したがって、楕円運動をする衛星の速度は一定ではありません。
衛星の軌道速度
衛星が地球の周りを移動する速度は、衛星の軌道速度として知られています。
軌道速度は、臨界速度とも呼ばれます。最後に、衛星が地球の周りを安定して移動するために必要な最小速度です。
衛星の軌道速度の式を導き出しましょう。
さあ、
地球の質量 =M
衛星の質量 =m
軌道速度 =vo
衛星と地球の間の距離 =h
地球の半径 =R
軌道半径 =r
前述したように、求心力によって衛星は軌道上を移動します。重力はこの向心力と釣り合います。
求心力は次の式で与えられます:
FC=mvo22
重力は次の式で与えられます:
Fg=GmMr2
衛星は次の期間軌道上を移動します:
FC=Fg
mvo22=GmMr2
vo2=GMr
vo=GMr=GMR+h
g は重力による加速度なので、その値は次のようになります。
mg=GMmR2
g=GMR2
GM=gR2
g の値の代入について 上記の (i) 式では、次のようになります。
vo=gR2R+h
衛星が地球に非常に近い場合、R+h ≈ R
vo=gR
この速度は、重力と衛星の慣性とのバランスをとることにより、衛星を軌道上を移動させるために必要です。
両方のバランスが取れていない場合、衛星は軌道から離れ、宇宙空間を直線的に移動し続けます。
衛星の脱出速度
衛星の脱出速度は、衛星が地球の引力から逃れるために必要な最小速度として定義されます。式は次のとおりです。
ve=2GMR=2gR
脱出速度と軌道速度を比較すると、次のような関係が得られます。
ve=2vo
結論
結論として、衛星は地球の周りを円軌道または楕円軌道で公転していることを学びました。衛星が地球の周りを周回する速度は、軌道速度として知られています。軌道速度は慣性と重力のバランスを取り、衛星を地球の周りにカーブさせます。
地球からの距離は、周囲の衛星の動きに影響を与えます。高度が高い、つまり距離が長いほど、衛星はより長い時間経路内にとどまります。
