軌道速度は、物体が軌道に留まるために移動しなければならない速度です。
「月も落ちる？もしそうなら、なぜリンゴのように地球に衝突しなかったのですか？」ニュートンは、瞑想的な気分でリンゴが木から落ちるのを目撃した後、自問しました。ニュートンが後に気づいた月は落ちる。実際、地球の表面に向かって絶え間なく落下していますが、地球が曲がるのと同じ速度で落下するため、衝突することはありません。これにより、月が私たちの周りを回ります。待って…なに？
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ニュートンを当惑させたのは、なぜ月が直線ではなく円を描いて移動したのかということでした。ほぼ 1 世紀前、ガリレオは、ニュートンが彼の運動の第一法則として発表した仮定である、外力が作用するまで物体は妨げられない方向に移動すると主張しました。この外力、つまり月の進路を永久に変える力が地球の重力であることは今ではわかっています。
ニュートンの思考実験
重力がこれをどのように達成するかを理解するには、ニュートンの素晴らしい思考実験を考えてみてください。ニュートンは、さまざまな速度で砲弾を発射する大砲がある背の高い山を視覚化しました。砲弾が低速で発射されると、小さな放物線を描きます (なぜ? ) そして、力を使い果たし、重力に抵抗できなくなると、地球に激突します。
ただし、大砲がボールをより高い速度で発射するにつれて、ボールはますます長く放物線をたどりますが、直線面だけでなく曲面もカバーします。したがって、ボールは直線面を踏んで水平に移動し、曲面に落下しながら垂直に移動します。
軌道速度
ニュートンは、ボールが特定の魔法の速度で推進されると、決して落下しないことに気付きました。この速度では、ボールは直線面をトレースします。基本的に、ボールは水平に移動しますが、垂直には移動しません。落下するとすぐに、その下の地球が湾曲します。ボールは地球の湾曲と同じ速度で落下します。ここで、曲線は大きな円の一部であるため、ボールの移動は最終的には開始した場所で終了します。円全体をうまくトレースするか、軌道を完成させます。この魔法の速度は軌道速度として知られています。
軌道速度では、月をその中心 (そのすべての質量がある場所) に向かって引っ張る地球または任意の天体の重力が、弦の一方の端に加える張力をエミュレートし、もう一方の端に取り付けられた石があなたの周りを円を描くようにスイングします。 :月や衛星を動かす求心力になります。軌道は完全な円ではなく、太陽の周りの地球の軌道と同じように楕円形であることを覚えておくことが不可欠です。ただし、両方の楕円の曲率、または技術的に離心率と呼ばれるものは、 は非常に小さいため、軌道がほぼ円形に見えます。
式から、最初に速度が r で減少することが推測できます。 、地球の中心からの軌道の距離。これは、地球の表面近くを周回する衛星は、より遠くを周回する衛星よりも速く移動する必要があることを意味します。約 385,000 km 離れた月は 1.002 km/s で私たちの周りを周回していますが、わずか 400 km 離れた国際宇宙ステーション (ISS) は 1.5 時間ごとに 1 周し、7.67 km/s で周回しています。第二に、速度は質量mに依存しません オービターの 、つまり)。
最後に、衛星は、自然であれ人工であれ、惑星の周りを水平に移動しているように見えますが、実際には永久に自由落下しているということを覚えておいてください。結果として、それらは無重力です (無質量ではありません)。はい、月は地球上で数億トンの重さがありますが、ISS の場合と同様に、私たちの周りを回転する宇宙では、重さはまったくありません。これが、地球の表面からわずか 400 km しか離れていないときでも、住民が浮いている理由です。これはなぜですか？コードのないエレベーターの住人が建物を通って落下するのと同じ理由で、浮いたり、無重力を感じたりします。しかし、彼らの体重はリフトが墜落したときに床が彼らの足に触れた瞬間に回復しますが、月や衛星については同じことが言えません。
