衛星為什麼能繞著地球轉動?地球同步衛星是如何與地球轉動同步?

離家的瘦哥232158722


衛星發射時一定的速度射入預定軌道以後,運行的速度會根據地球的轉速同步,地球的引力和衛星離心力相抵消。這都是提前計算好的。就像初中物理講的相對運動。同步衛星和地球之間可以看做相對靜止。當然位置不可能完全不會變,所以同步衛星上會有電腦控制衛星的速度和角度,微調來配合地球自轉。太空中失重,且運動的阻力幾乎為0,軌道上的運動的物體可以一直保持運動下去。


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試一下,在繩子的一端拴上一個小球,手拿繩子的另一端,將繩子在頭頂甩動起來,小球就繞著你轉動起來。發射衛星是尖端技術,但衛星能繞著地球飛行道理並不複雜,與甩動繩子拉著小球轉動一樣,將衛星發射出去以後,地球與衛星之間有一條無形的繩子(地球的引力),拉著衛星繞地球轉動。

地球同步衛星,就是在地球上看位置不變,只能繞著地軸轉動,並且與地球角速度一樣。因為衛星轉動的向心力就是地球引力,所以,同步衛星只能在赤道上空。

根據萬有引力定律F=Gom1m2/r²,將有關數據代入可算出衛星到地心的距離r=42255km,地球半徑為6378km,所以,通常說同步衛星定點在地球赤道上空大約36萬千米的上空。


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①衛星經發送火箭加速、調整後,將衛星送到預定軌道,衛星依靠慣性繞地球轉動。

衛星發射一級火箭點火

衛星發射過程中各級火箭點火點

②關於地球同步衛星如何與地球同步,我們先看一個假設,如果赤道上有一座高樓、或者有一座電視塔,那麼它們的每一樓層或每一電視塔層所承受的正壓力、重力與下一層對它的支撐力,都是大小相等,方向相反,相互抵消,合力為0,因此每一層都不會做上下移動。同時,由於它們各層都以相同的角速度繞地球旋轉,因此它們各層都與地球同步轉動。

同樣道理,位於地球赤道上空的地球同步衛星,在忽略太陽給它的光壓和及其稀薄的太空氣體對它的阻礙的情況下,靠慣性繞地球旋轉。由於它自身繞地心做圓周運動的離心力,與地球對它的吸引力大小相等,方向相反,相互抵消,合力為0,因此它即不會再遠離地球,也不會落向地球。又由於地球同步衛星預設和達到的繞地心旋轉的角速度,等於地球做自轉運動的角速度,因此地球同步衛星與地球同步轉動。

地球同步衛星

地球同步衛星(與地球同步)軌道

③如果要問,地球同步衛星的線速度是多少,你只要拿它的角速度乘以它的高度3萬6千公里就行了。至於旋轉運動的圓周長度(一晝夜運行的路程),只需要用2π乘以旋轉半徑3萬6千公里就得出來了,即每天2π x 36000km。


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