卫星绕地运动Satellite orbits
离地球越远,卫星转得越慢。
GMm/r² = mv²/r T = 2π√(r³/GM)高中物理
蓝色:卫星,绿色:速度方向,红色:万有引力
GMm/r² = mv²/r T = 2π√(r³/GM)
万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,由此得到 v = √(GM/r)、T = 2π√(r³/GM):轨道越高,线速度越小、周期越长,且与卫星自身质量无关。贴近地面运行时速度约 7.9 km/s,即第一宇宙速度;地球同步卫星的轨道半径约为 6.6 个地球半径。
r轨道半径(地球半径的倍数)(R)m卫星质量(kg)
t = 0.00 s
速度
线速度5.59km/s
运行周期3.98h
所受引力2455N
周期与轨道半径
T² 与 r³ 成正比(开普勒第三定律);同步卫星约在 6.6 R 处,周期 24 h。
想一想
把卫星的质量加倍,它的运行周期会变吗?
不会。T = 2π√(r³/GM) 中没有卫星质量,质量只影响所受引力的大小。调节“卫星质量”,观察周期和速度都不变。
模型条件圆轨道 · 地球视为均匀球体 · 忽略大气阻力
实验记录
调好参数后点“记录当前数据”。多记几组不同参数的数据,就能画出它们的关系并做直线拟合;暂停后在不同时刻记录,还可以研究读数随时间的变化。