Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 11 dotazů obsahujících »družici«
2) Geostacionární družice
02. 04. 2007
Dotaz: Dobrý den chci se vás zeptat, když je družice geostacionární, tak to znamená, že
kolem Země neobíhá nebo obíha, a za jakou dobu? Děkuji Michal. (Michal Čurda)
Odpověď: Geostacionární družice je taková družice, která, postaví-li se pozorovatel na rovníku přesně pod ní, bude stabilně viset zhruba 36 tisíc kilometrů nad jeho hlavou. Z pohledu pozorovatele na Zemi se tedy družice nehýbá, neobíhá. Podíváme-li se ale na celou situaci z vesmíru (jako naši vztažnou soustavu vezmeme systém okolních hvězd), zjistíme, že družice krouží okolo Země, a to stejně rychle, jako se Země otáčí okolo své osy (takže se otáčí okolo zemské osy i onen na rovníku stojící pozorovatel, nad jehož hlavou se družice stále nachází). Jedno otočení se okolo Zemské osy přitom trvá Zemi, pozorovateli i družici stejně, a sice 23 hodin, 56 minut a necelých 5 sekund.
Poznámka: Někoho možná zarazí, že jedno otočení Země okolo své osy netrvá přesně 24 hodin, ale o necelé 4 minuty méně... jak je tedy možné, že v běžném životě počítáme s 24 hodinami a neprojevují se nikde viditelně žádné chyby? Odpověď je jednoduchá, pro běžný život na Zemi je spíše než pohyb vůči hvězdám důležitý pohyb vůči Slunci. Zde se však ona rotace kombinuje ještě s každoročním oběhem Země okolo Slunce a právě tato kombinace obou jevů dohromady tvoří 24hodinový den, tak jak jej známe z běžného života.
Dotaz: Vždycky jsem měl zato, že beztížný stav na oběžné dráze je způsoben prostě
velkou vzdáleností od Země. Ale tak to prý není. V jaké vzdálenosti od zeměkoule
začíná opravdový beztížný stav, kam už gravitace Země nedosahuje? Díky. (Jiří Panschab)
Odpověď: Beztížný stav na oběžné dráze skutečně není způsoben tím, že by sem již nedosahovala gravitace. Gravitační působení Země přece drží např. Měsíc na jeho dráze okolo Země - a to je jistě dále, než oběžná dráha většiny (umělých) družic. Na druhou stranu stav bez tíže můžete pocítit i u povrchu Země, například v padajícím výtahu. Jak to tedy je? Těleso je v beztížném stavu, pokud nepůsobí svou tíhou na ostatní tělesa. Bývá to tehdy, když tíhová (resp. gravitační) síla je kompenzována nějakou jinou silou (nemající původ v jiných tělesech) opačného směru. V utrženém padajícím výtahu je touto silou setrvačnost, na oběžné dráze se zase uplatní odstředivá síla kruhového pohybu družice okolo Země.
Podívejme se ještě na dosah gravitační síly. Matematicky vzato dosáhne gravitace libovolně daleko neboli je všude. Různě daleko od gravitujícího tělesa (libovolné hmotné těleso, zvolme za příklad třeba Zemi) je však gravitační síla různě silná, čím dále od tělesa, tím slabší - klesá přitom dost rychle (s druhou mocninou vzdálenosti). Pro představu si naznačme, jak velkou gravitační silou bude Země přitahovat člověka o hmotnosti 80 kg:
Na povrchu Země bude přitahován silou zhruba 787 N.
V letadle letícím typicky 10 km nad povrchem Země to bude asi 785 N (takový rozdíl člověk nepostřehne).
Na mezinárodní kosmické stanici ISS létající zhruba 360 km nad povrchem Země bude přitahován Zemí stále ještě silou 705 N, tato síla ale bude vyvažována odstředivou silou způsobenou kruhovou (ve skutečnosti mírně eliptickou) drahou družice.
Kdyby se člověk nacházel na geostacionární družici (tedy asi 35 800 km nad rovníkem), byl by přitahován už jen silou 18 N a tato síla by byla opět kompenzována odstředivou silou způsobenou kruhovým pohybem.
Ve vzdálenosti Měsíce (okolo 385 000 km), by byl člověk přitahován Zemí silou už jenom 0,2 N.
Jeden světelný rok od Země gravitační síla Země působící na člověka o hmotnosti 80 km bude už jenom tři desetimiliardtiny Newtonu.
Na okraji naší Galaxie bude tato síla zcela neměřitelná, její velikost bude už jenom 0,08 trilióntiny Newtonu.
A pro ilustraci si jěště uveďmě, že v sousední Velké galaxii v Andromedě (asi 2,5 miliónu světelných let od nás) by na vás stále působila gravitační síla Země, její účinek by však byl tak titěrně malý, že v sebepřesnějších měřeních s ním nemá smysl počítat (což ostatně nemá ani v předchozích dvou případech). Přesto tuto sílu dokážeme stále vyjádřit (0,000 000 000 000 000 000 000 006 N) a je tedy vidět, že ani takhle daleko není úplně nulová.
Dotaz: Potřebuji pomoct vysvětlit otázky na tema geostacionární družice: Proč nespadne?
Jaká je podmínka stability? Proč může existovat pouze nad rovníkem? (Marta)
Odpověď: Geostacionární družice je taková družice, která obíhá Zemi stejně rychle (se stejnou úhlovou rychlostí), jako se Země otáčí okolo své osy. Z pohledu pozorovatele na Zemi se tedy zdá, že družice stojí v prostoru na stále stejném místě.
Podmínka stability pro geostacionární družici aneb proč nespadne: na obíhající družici působí odstředivá síla směrem od osy otáčení a zároveň gravitační síla Země směrem do středu Země. Aby družice nespadla ani neuletěla pryč, je potřeba, aby se tyto síly navzájem vyrušily. Je tedy potřeba, aby byly stejně veliké (což pro rychlost otáčení jedna otočka za jeden den nastává přibližně ve výšce 35 800 km nad povrchem Země) a musí mít opačný směr (což nastává pouze nad rovníkem).
Dotaz: Dobrý den, chtěl bych pro své studenty na střední škole udělat jednu hodinu o
družicích. Již jsem našel pár informací, ale chtěl jse požádat, zda nemáte
nějaký typ na zajímavé stránky o této problematice, které bych mohl využít pro
větší zajímavost. Mnohokrát děkuji (Josef Horalek)
Odpověď: Z českých stránek o družicích je možné najít obsáhlou a aktualizovanou Malou encyklopedii kosmonautiky
(http://mek.kosmo.cz/index.htm) a také Encyklopedii družic na stránkách Akademie věd ČR (http://www.lib.cas.cz/knav/space.40/).
Více stránek o družicích najdete samozřejmě v angličtině.
Určitě zajímavé jsou stránky http://www.heavens-above.com/. Nejprve musíte
projít přes přihlašovací stránku, kde si z velké databáze míst najdete své
pozorovací místo (databáze je skutečně impozantní, najdete v ní i malé české vísky). Přesnější zadání místa je dobré při hledání přesného času
záblesků družic Iridium (Iridium Flares). Po projítí vstupních údajů je
možné listovat seznamem satelitů (třeba podle jména či roku vypuštění). Pak
lze získat informace o dráze satelitu a jeho průletu nad místem pozorování.
Máte-li možnost promítnout něco z PC, pak je pěkný program SatScape, který
zobrazuje i v 3D okamžitý stav satelitů (stáhnout ho lze na
http://www.slunecnice.cz). Pokud jde o informace o družicích, tak na stránkách NASA (http://www.nasa.gov) je najdete pod Missions, a poté Looking At Earth, případně Nasa Missions Timeline. Ale
nejsou tak pěkně strukturované. A na stránkách ESA (http://www.esa.int) je najdete pod pojmem Space Science, a potom dole Science Missions.
Pro pouze geostacionární družice existuje stránka http://www.goes.noaa.gov/.
A na stránce http://liftoff.msfc.nasa.gov/academy/rocket_sci/satellites/ lze najít informace o prakticky všech přibližně 8000 umělých satelitech. Pokud začnete sám hledat stránky s pojmem "satellite", narazíte určitě na další spoustu různě zajímavých odkazů. Například ve vědeckém centru Tech Museum v San José pořádají právě výstavu o družicích, která má své doprovodné stránky, na nichž se mladší zájemci o tuto problematiku dozví, jaké typy družic existují, z čeho se skládají, jaké funkce vlastně plní a mohou si schematicky zkusit sestavit jednoduchou družici.
Kromě umělých družic můžete samozřejmě hledat také přirozené družice Země.
Dotaz: Zajímalo by mě, jak je možné že planety obíhají kolem svých hvězd
aniž by se od nich vzdalovaly nebo přibližovaly. Na planety působí dostředivá
gravitační síla a setrvačná síla. Je to tím, že se tyto síly se rovnají? To by
byla neskutečná náhoda, ne? Děkuji za odpověď. (Martin Worek)
Odpověď: Pokud Sluneční soustavu s planetou popisujeme zvenku ze soustavy,
která je spojena s jejím Sluncem, bude pohyb "planety" závislý na
velikosti a směru její rychlosti.
Na "planetu" působí jen gravitační síla jejího Slunce, žádná
setrvačná síla. !!!!!!!!!!!
Tato síla při !!! kruhovém pohybu !!! planety je stále kolmá na
směr její rychlosti, nekoná práci a jen rychlost planety stále stejně
stáčí do kruhu.
Při eliptickém pohybu gravitační síla také stáčí rychlost planety ale
navíc ji půl roku poněkud zychluje (při pohybu přibližovacím) a půl
roku trochu zpomaluje (při vzdalování od Slunce).
Když je ale rychlost "planety" při dané vzdálenosti od Slunce a
vhodném směru dostatečně velká, už "planeta" nebude oběžnicí ale
její dráha bude parabolická nebo hyperbolická. Přiblíží se ke Slunci
jen jednou a dost (asi bychom ji planetou nenazvali).
Všechny tyto situace ve vesmíru nastávají, kdyby byl pohyb planety
nachlup kruhový, byla by to opravdu velká náhoda.
P.S. O tom vyrovnávání gravitační síly se setrvačnou odstředivou se
často dočteme. Autoři takových tvrzení zapomínají, že setrvačně síly
jsou síly, které jsou spojeny s popisem ze soustavy (neinerciální)
spojené s družici, tj. ze soustavy v níž je družice nehybná a rotuje
kolem ní okolní vesmír, včetně jejího Slunce.
