¿Cómo se coloca un satélite en órbita y cómo giran los satélites alrededor de la Tierra contra la fuerza gravitacional?

La respuesta corta es, para orbitar el planeta y no caerse, una nave espacial tiene que viajar hacia adelante (tangencial a la Tierra) lo suficientemente rápido como para compensar la caída hacia abajo .

Newton usó la idea de un cañón para ilustrar esto. Disparada a baja velocidad, la bala de cañón cayó rápidamente a la Tierra. Disparado a una velocidad más rápida, fue más lejos. Cada camino podría dibujarse como una curva. Dado que la Tierra es redonda y se curva hacia abajo, frente a nosotros, debe haber, pensó, una velocidad de avance que, cuando se combina con la gravedad, produciría una curva que coincidiría con la curvatura de la Tierra y, por lo tanto, nunca caería a el terreno.

Para la ISS, a una altitud de aproximadamente 230 millas, esa velocidad de avance es de aproximadamente 17,500 mph.

Para una órbita circular, la ecuación para determinar cuál sería la velocidad apropiada es:

[matemáticas] V = \ sqrt {(G * M) / R} [/ matemáticas]

Donde G es la constante gravitacional. M es la masa del cuerpo en órbita (Tierra). R es la distancia desde el centro de la Tierra hasta el objeto en órbita.

Entonces, el objeto está cayendo hacia la Tierra, pero sigue perdiendo la Tierra. Esta es la verdadera razón por la que los astronautas flotan dentro de la Estación Espacial Internacional (ISS): ellos y el vehículo están en caída libre. No es porque haya “gravedad cero” en el espacio, como se suele decir. De hecho, mientras que la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra es de aproximadamente 9.81 m / s ^ 2, a la altitud de la EEI la aceleración de la gravedad solo ha descendido a aproximadamente 8.75 m / s ^ 2.

Con el tiempo, la fina niebla de moléculas de gas en órbita desacelera la nave espacial a través de las fuerzas de arrastre. Esa desaceleración hace que el vehículo baje su órbita. Finalmente, el vehículo necesita disparar propulsores para volver a acelerar a la velocidad adecuada.

Un objeto en órbita tiene una velocidad tangencial que, desde el punto de vista del objeto, es una línea recta. A medida que su fuerza de impulso mueve el objeto, esa fuerza quiere que el objeto salga volando hacia el espacio en línea recta. La gravedad de la tierra dobla las geodésicas que definen las líneas rectas en el espacio-tiempo, y el objeto sigue esas líneas “dobladas” como si fueran realmente rectas, como en un espacio donde no había un cuerpo gravitacional alrededor. Entonces, hay dos formas de pensar en esto: el objeto quiere volar al espacio, pero esa fuerza está perfectamente equilibrada por la fuerza gravitacional de la Tierra, y el objeto se mueve alrededor de la Tierra en una línea geodésica doblada. O bien, el objeto está cayendo constantemente hacia la Tierra debido a la gravedad, pero tiene suficiente impulso hacia adelante que se mueve tan rápido que la Tierra se curvará debajo de él. De cualquier manera, una órbita es un equilibrio entre el movimiento hacia adelante de un objeto y la gravedad de la Tierra.

A los objetos que entran en órbita se les da suficiente velocidad inicial para que el suelo se desvíe del objeto al menos tanto como el objeto cae, por lo que el objeto nunca golpea el suelo y comienza una órbita de circunnavegación (sin interrupción). Entonces, en esencia, cualquier cosa en órbita siempre se puede imaginar como siempre cayendo (atraída por la gravedad de la tierra), pero yendo lo suficientemente rápido como para evitar que caiga a la tierra.

Robert Frost da una respuesta muy completa. Solo quiero vincular un video del Dr. Burns sobre la gravedad, no exactamente relacionado con la pregunta formulada, sino sobre una explicación más amplia de la deformación de la gravedad en el espacio-tiempo. Espero que lo encuentres útil / fascinante, mejorará la comprensión de la gravedad.

Mediante el cálculo de la fuerza centrípeta, la fuerza centrífuga y el efecto de la fuerza gravitacional.

Es lo mismo que una bola atada con una cuerda (inicialmente sostienes la bola y luego la sueltas lentamente de modo que no se caiga sino que gira a tu alrededor). Luego extiendes / sueltas lentamente la correa de la cuerda de tu mano mientras giras.

Aquí la longitud de la cadena es la órbita deseada. tu eres la tierra

la pelota que ha cobrado impulso es el satélite.

Aquí hay una respuesta no matemática y una que me gusta. Y si puedes entenderlo, solo piénsalo por un momento y no entres en pánico, es posible que también te guste. Una vez que el satélite está lo suficientemente lejos de la Tierra para estar en microgravedad (también conocida como gravedad cero), debe viajar lo suficientemente rápido como para que la superficie de la Tierra se caiga del satélite a la misma velocidad que el satélite cae hacia la superficie de la tierra. Si no viajara lo suficientemente rápido, eventualmente volvería a caer a la tierra.

De acuerdo con esto, se dice que la Luna, el satélite natural de la Tierra, está en caída libre hacia la Tierra, tal como el satélite descrito anteriormente, y se mueve a una velocidad que evita que caiga a la superficie terrestre. Su órbita en realidad está decayendo, pero tan lentamente que no afectará a la tierra de manera notable durante mucho tiempo. (Nota: esto es lo que recuerdo de hace más de 16 años, por lo que es posible que se hayan ideado respuestas más sofisticadas desde que estaba enseñando).

Es porque se ha disparado con una velocidad orbital, es decir, 30 km / s. Cualquier objeto que se dispare con esta velocidad orbita la tierra, ya sea un satélite o la bala de un arma.

Además, si se arroja un objeto con una velocidad de 42.4 km / s, es decir, √2 veces la velocidad orbital, el objeto escaparía de la fuerza gravitacional de la Tierra.

Se inyecta un satélite en órbita con la ayuda de cohetes terrestres y propulsores a bordo. Permanece en órbita porque no hay resistencia atmosférica y su velocidad es la correcta, por lo que no vuela a una órbita más profunda de caída hacia la Tierra. Esto se puede ver balanceando una pelota unida a una cuerda alrededor de su cabeza. La cuerda actúa como gravedad y la fuerza centrípeta evita que la pelota caiga al suelo. (No es una demostración perfecta pero funciona). Si la pelota va demasiado rápido, romperá la cuerda y volará al espacio. Si va demasiado lento, caerá al suelo.

Los satélites tienen velocidad tangencial y caen libremente. La combinación de los dos pone a los satélites en una órbita alrededor de la Tierra. Es una elipse perturbada.

Envía un objeto a unas 200 millas y dale una velocidad tangencial de aproximadamente 17,000 mph y tienes un satélite artificial