План ответа: 1.В каком случае тело становится искусственным спутником Земли. 2.Первая космическая скорость. Ответ: 1.Если шарик толкнуть, а затем предоставить самому себе, то он опишет некоторую дугу и остановится. Причиной остановки шара является действие на него силы трения и силы сопротивления воздуха, препятствующих движению и уменьшающих его скорость. Если уменьшить действие тормозящих сил, то шарик может описать вокруг точки О одну или несколько окружностей, прежде чем остановится (при этом крепление шнура в точке О должно быть таким, чтобы оно не препятствовало движению шара). Если бы нам удалось устранить все силы сопротивления движения, то шар бесконечно двигался бы вокруг точки О по замкнутой кривой, например, по окружности. При этом направление скорости шарика непрерывно менялось бы под действием силы, направленной к центру окружности. Примером подобного движения может служить обращение планет вокруг солнца и спутников вокруг планет. Чтобы понять, при каких условиях тело может стать искусственным спутником Земли, рассмотрим рисунок: на нём изображён Земной шар, а на нём показана высокая гора, с вершины которой бросают камни, придавая им различные по модулю горизонтально направленные скорости. Брошенный камень отколется под действием силы тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадёт на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадёт дальше. Продолжая эти рассуждения, Ньютон приходит к выводу, что при отсутствии сопротивления воздуха и при достаточно большой скорости тело вообще может не упасть на Землю, а будет описывать круговые траектории, оставаясь на одной и той же высоте над Землёй. Такое тело становится искусственным спутником Земли (ИСЗ). Движение спутника является примером свободного падения, т.к. происходит только под действием силы тяжести. Но спутник не падает на Землю благодаря тому, что обладает достаточно большой скоростью, направленной по касательной к окружности, по которой движется. Значит, для того, чтобы тело стало ИСЗ, его нужно вывести за пределы земной атмосферы и предать ему определённую скорость, направленную по касательной к траектории. Наименьшая высота над поверхностью Земли, на которой сопротивление воздуха почти отсутствует, составляет примерно 300 км. Поэтому обычно спутники запускают на высоте 300 – 400 км над поверхностью Земли. 2.Скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно стало ИСЗ называют первой космической скоростью. Движение спутника происходит под действием одной только силы тяжести. Эта сила сообщает ему ускорение свободного падения g, которое, в данном случае, выполняет роль центростремительного ускорения. Центростремительное ускорение определяется по формуле: ац = V2/R, где V – модуль скорости, с которой тело движется по окружности радиуса R. Значит, для спутника g = V2/R, V2 = gR, V = . По этой формуле определяется скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось по окружности вокруг Земли на расстоянии R от центра. Эта скорость называется первой космической скоростью (круговой). Если высота h спутника над поверхностью Земли мала по сравнению с радиусом Земли, то ею можно пренебречь и считать, что r ? Rз. Обозначим ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли go. Тогда формула для расчёта первой космической скорости спутника, движущегося вблизи поверхности Земли, будет выглядеть так: V =(1). Рассчитаем эту скорость, принимая радиус Земли равным 6400 км, а ускорение свободного падения за 9,8 м/с2. Получим: V ? 7,9 км/с. Если же высотой h спутника над Землёй пренебречь нельзя, то расстояние r от центра Земли до спутника и ускорение свободного падения g на высоте h определяются по следующим формулам: r = R + h, g ? GM/(R + h)2. В этом случае формула V =, V2?G. По этой формуле можно рассчитать первую космическую скорость спутника для любой планеты, если вместо массы и радиуса Земли подставить соответственно массу и радиус данной планеты. Из этой формулы так же видно, что чем больше высота h, на которой запускается спутник, тем меньшую скорость V ему нужно сообщить для его движения по круговой орбите. Если скорость тела, запускаемого на высоте h над Землёй, превышает соответствующую этой высоте первую космическую, то его орбита представляет собой эллипс. Чем больше скорость, тем более вытянутой будет эллиптическая орбита. При скорости, равной 11,2 км/с, которая называется второй космической, тело преодолевает притяжение Земли и уходит в космическое пространство.