掌握的物理(掌握物理知识的重要性)
原标题:【学科知识解读】掌握这些物理知识,你也能解密“星链”卫星运动之谜!
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近年来,马斯克的“星链计划”经常出现在科技媒体的头条新闻中。关于“星链计划”,SpaceX官方介绍——“星链是世界上第一个也是最大的卫星星座,利用近地轨道提供宽带互联网服务,可以支持流媒体、网络游戏、视频通话等”。
不难发现有一个高中物理中常见的词,就是“近地轨道”。
理论上,距离地面2000km以内的,都可以认为是近地轨道。比如,我们国家的天宫空间站距离地面高度大约是400~450km,就可以看作是一个近地卫星。
目前公开的信息显示,马斯克的卫星轨道距离地面550公里。显然,这些卫星也是近地卫星。那么它们的运动有哪些什么特点呢?
下面,我们来用高中物理所学的内容解释一下。
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首先,画一个图。由于地球半径约为6400公里,这些卫星与地面的距离在图中显得非常近。
在理想条件下,假设卫星仅在地球引力的影响下绕地球作匀速圆周运动。设卫星的质量为m,地球的质量为M。由于距地面的高度远小于地球的半径,因此可以近似认为卫星到地心的距离是地球的半径R。如果万有引力常数G已知,在此过程中,近地卫星的受到的万有引力可以表示为
而且,地球对卫星的引力为卫星做圆周运动提供了向心力。再写出向心力公式
结合两个方程,我们可以找到卫星运行速度
如果我们加上地球的质量
和引力常数
代入,您将得到近地卫星的运行速度大小为
而且近地卫星的运行速度也叫“第一宇宙速度”。
知识点总结
近地轨道卫星的运行有哪些特点呢?下面我们来简单总结一下:
由于地球对卫星的引力为卫星做圆周运动提供了向心力,所以:
轨道半径r:近地卫星轨道半径的等于中心天体(比如地球)半径R
加速度a:近地卫星绕中心天体的向心加速度a等于中心天体表面重力加速度g
假设中心天体质量为M,半径为R,则运行速度v、角速度、周期T的表达式分别为:
运行速度:
角速度:
周期:
根据星链计划的愿景,覆盖全球的宽带服务,那么只有一两颗,甚至是几百颗卫星都是远远无法覆盖全球的。是通过这些卫星提供的
目前,星链计划已经发射了3000多颗卫星,SpaceX还提出了第二代星链计划——,将依靠“星舰”发射第二代卫星,使星链卫星的最终数量达到惊人的水平。数量42,000件。
这么多卫星上天之后,会有什么影响呢?
一、近地轨道可容纳的卫星数量有限,卫星轨道是一种“不可再生资源”。按照SpaceX的规划,等到几万颗星链卫星上天之后,势必会造成近地轨道的“拥挤”,而近地轨道上只能容纳大约6万颗的卫星。所以,在不远的未来,近地轨道上很有可能超过一半的卫星都是马斯克的。
另外,在天文爱好者眼中,星链卫星也是一组“不速之客”。2019年,在天文观测者的望远镜中,看到了天上看到这样一串排列整整齐齐、高速移动的亮点,这些就是刚发射上去的星链卫星。
图片来源网络
小试牛刀
好的,关于星链项目和近地卫星运动的内容就到此为止。
在考试中,近地卫星经常与“同步卫星”一起考查。下面,你可以试着完成这道关于近地卫星和同步卫星的练习题,检验今天的学习成果。进行比较
(单选)科学家最近在太阳系外发现了一颗类地行星。它的半径与地球差不多,质量与地球大致相同,自转角速度与地球接近,可以忽略不计。由此可见()
A。行星的第一宇宙速度小于7.9公里/秒
B行星近地卫星的轨道周期小于地球近地卫星的轨道周期
C。行星近地卫星的向心加速度约为地球近地卫星的1.5倍
D行星表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的4/9
答案
乙
浩瀚的宇宙有无限的奥秘等待你一一解密。希望你们能以知识为船,驶向更深的地方。
以上就是今天的内容。关于如何学好物理,建议你查《高考物理专题复习手册》,戳码回复“物理”,即可领取!
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