Un satélite que orbita alrededor de la Tierra siempre está en estado de caída libre. ¿Por qué esto es tan?

En un campo gravitacional uniforme, el movimiento balístico de un proyectil da como resultado una trayectoria parabólica. La Tierra es lo suficientemente grande (en relación con nosotros) que localmente podemos tratar el campo gravitacional como un campo uniforme.

Pero la tierra es redonda y su campo gravitacional no es uniforme. La siguiente mejor aproximación es un campo esféricamente simétrico. En dicho campo, los caminos seguidos por los objetos relativos a la tierra son secciones cónicas: elipses, parábolas e hipérbolas. El tipo de ruta que ocurre depende de la energía del sistema, pero en ausencia de otras fuerzas, en cada uno de estos casos el objeto está en caída libre.

En el caso de la energía total negativa, los caminos son elipses. Suponiendo que la distancia entre el foco de la elipse y el perigeo es mayor que la suma de los radios de los objetos, la trayectoria de caída libre es tal que, aunque el objeto más pequeño siempre puede estar cayendo con una fuerza que lo empuja hacia el centro de la combinación sistema (en términos prácticos, el centro de la tierra), el objeto siempre tendrá suficiente movimiento lateral para perder la tierra cada vez que se da la vuelta.

Si no falla, choca, y entonces no podemos decir mucho más sobre la caída libre …

Porque la tierra es redonda.

Un objeto en la superficie de la Tierra se acelera a una velocidad de 9.81 m / s2 hacia el centro de la Tierra. En un segundo cae una distancia de 4.905 metros.

D = 1/2 * g0 * t ^ 2 = 0.5 * 9.81 * 1 ^ 2 = 4.905

¿Qué tan lejos a lo largo de una línea tangente a la superficie de la Tierra donde estoy parado debo ir para que la Tierra se caiga en esta cantidad?

Bueno, el radio es de 6,371,000 metros y si dibujo una línea tangente a ese radio para que intercepte una línea dibujada desde el centro en ese radio MÁS 4.905 METROS tenemos un triángulo rectángulo con una base de 6,371,000 ma hipotenusa de 6,371,004.905 my una altitud de 7,905.7 metros.

SQRT ((6,371,000 + 4.905) ^ 2–6,371,000 ^ 2) = 7,905.7

Entonces, si arrojo un objeto tangente a la superficie de la Tierra en cualquier punto con esta velocidad, no se acercará a esa superficie a medida que cae.

Si lo ejecuto más lento que esta velocidad, se bloqueará en algún momento.

Si lo lanzo más rápido, se elevará a una altitud más alta en un segundo, ya que en un segundo estará más cerca y la altitud será mayor de lo que cae el objeto. Por supuesto, al elevarse en el campo de gravedad, se ralentiza, alcanza un pico y comienza a caer. Por supuesto, a medida que cae gana velocidad. Esto en una órbita elíptica.

Si la velocidad es SQRT 2 veces la velocidad arriba o más, NUNCA disminuirá lo suficiente como para regresar. Seguirá una parábola si precisamente SQRT 2 veces la velocidad orbital o una hipérbola si es mayor que esta velocidad. Esta velocidad 11,180.3 se llama ESCAPE VELOCITY.

Mecánica newtoniana básica. Cae hacia el centro de la Tierra mientras la Tierra gira. Obtenga suficiente altura y se equilibre de tal manera que se caiga de lado y “orbite”. La mayoría de los orbitadores LEO como la ISS requieren aumentos ocasionales para mantener orbi. La imagen a continuación muestra la mecánica orbital básica con bastante claridad.

-Andrés

¿Me gusta esto? Tengo más escritos en mi blog de espacio / emprendimiento Intentos de aterrizaje .

Porque siempre está cayendo hacia el centro de masa de la tierra. Sin embargo, la cantidad de “caída” es compensada exactamente por la velocidad orbital del satélite. Entonces, si el satélite no estuviera en órbita, caería N metros hacia el centro de la Tierra, pero como está en órbita, viaja lo suficientemente lejos como para que la distancia al centro de la Tierra permanezca constante.

Asumo una órbita circular y una tierra perfectamente homogénea y esférica. También estoy ignorando los efectos del arrastre atmosférico, el viento solar y la influencia gravitacional de otros cuerpos celestes.

El satélite está siendo acelerado hacia la Tierra por la gravedad de la Tierra, pero debido a que se mueve lateralmente demasiado rápido, sigue perdiendo la Tierra. Entonces sigue cayendo, pero no se acerca. Esto es lo que significa “orbitar”.

Más bien, ¿por qué no es así? Lo que impide que se caiga. No puedo ver nada. Por lo tanto, creo que está cayendo libremente hasta que puedas mostrarme qué impide que caiga.

Si no fuera por la gravedad que ejerce la Tierra sobre él, la aceleración centripital lo mantendría en la dirección en la que iba cuando alcanzó la velocidad orbital. Imagina girar una pelota de goma en una cuerda. Si existiera una verdadera fuerza centrífuga, volaría perpendicular a la Tierra en lugar de en línea recta lejos de usted.

En órbita tienes dos fuerzas equilibradas, la gravedad y la aceleración centrípeta. Básicamente, está cayendo alrededor de la tierra, sin atadura física, por lo tanto, libre.