Lernziele
Am Ende dieser Lektion sollten Sie in der Lage sein:
- Umlaufbahn definieren.
- Beschreiben Sie die Bewegung von Objekten auf ihren Bahnen.
- Beschreiben Sie den Start in die Umlaufbahn.
- Erklären Sie Arten von Umlaufbahnen.
Eine Umlaufbahn bezieht sich auf eine gekrümmte Bahn, der ein Objekt folgt. Zum Beispiel die Bahn, der die Erde um die Sonne folgt, und die Bahn, der ein Planet um einen Stern folgt. Natürliche oder künstliche Satelliten folgen ebenfalls einer Umlaufbahn. Normalerweise ist eine Umlaufbahn eine sich regelmäßig wiederholende Flugbahn. Die Umlaufbahn kann sich jedoch auch auf eine sich nicht wiederholende Flugbahn beziehen.
Die Bewegung von Objekten, die einer Umlaufbahn folgen, wird durch die Schwerkraft beeinflusst und kann mithilfe der Newtonschen Mechanik angenähert werden.
Orbits können auf folgende gängige Weise verstanden werden:
- Eine Kraft wie die Schwerkraft zieht ein Objekt durch eine gekrümmte Bahn, während das Objekt versucht, in einer geraden Linie zu fliegen.
- Wenn ein Objekt zu einem massiven Körper gezogen wird, fällt das Objekt auf den Körper zu. Wenn das Objekt jedoch genügend Tangentialgeschwindigkeit hat, folgt es weiterhin der Flugbahn und fällt nicht in den Körper. Das Objekt wird als den Körper umkreisend bezeichnet.
Objekte im Weltraum, die Masse haben, werden aufgrund der Schwerkraft voneinander angezogen. Wenn diese Objekte mit genügend Schwung zusammengebracht werden, umkreisen sie sich gegenseitig.
Objekte, die die gleiche Masse haben, umkreisen einander mit nichts im Zentrum. Kleine Objekte im Weltraum umkreisen größere Objekte. Beispielsweise umkreist im Sonnensystem der Mond die Erde und die Erde die Sonne. Einige größere Objekte bleiben jedoch nicht vollständig ruhig. Aufgrund der Schwerkraft wird die Erde vom Mond leicht aus ihrem Mittelpunkt gezogen. Dies verursacht Gezeiten in unseren Ozeanen. Die Erde wird auch durch die Erde und andere Planeten leicht aus ihrem Mittelpunkt gezogen.
Während der Entstehung des Sonnensystems bewegten sich Staub, Eis und Gas mit Schwung und Geschwindigkeit durch den Weltraum und umgaben die Sonne als Wolke. Da die Sonne größer ist als diese Objekte, wurden sie durch die Schwerkraft zur Sonne hingezogen und bildeten einen Ring um sie herum.
Im Laufe der Zeit verklumpten diese Partikel und wurden größer, bis sie Planeten, Asteroiden und Monde bildeten. Das ist der Grund, warum Planeten um die Sonne kreisen, und sie kreisen in der gleichen Richtung wie die Teilchen und in ungefähr der gleichen Ebene.
Wenn Raketen Satelliten starten, positionieren sie sie in der Umlaufbahn im Weltraum. Der Satellit wird durch die Schwerkraft auf der Umlaufbahn gehalten. Ebenso wird der Mond durch die Schwerkraft in der Umlaufbahn der Erde gehalten.
Beachten Sie, dass es im Weltraum keine Luft gibt. Daher gibt es keine Luftreibung, die die Bewegung eines Objekts im Raum behindert. Die Schwerkraft lässt Satelliten ohne weiteren Widerstand um die Erde kreisen. Das Senden von Satelliten in die Erdumlaufbahn ermöglicht es uns, Technologie in verschiedenen Bereichen wie Telekommunikation, Wettervorhersage, Navigation und astronomische Beobachtungen anzuwenden.
Starten Sie in die Umlaufbahn
Der Start von Satelliten in den Orbit erfolgt mit Raketen. Die Wahl der Trägerrakete hängt hauptsächlich von der Masse des Satelliten und der Entfernung von der Erde ab, die der Satellit zurücklegen muss. Eine Umlaufbahn in großer Höhe oder eine schwere Nutzlast erfordern mehr Kraft, um die Schwerkraft der Erde zu überwinden.
Arten von Umlaufbahnen
Sobald ein Satellit oder Raumfahrzeug gestartet ist, wird es in eine der folgenden Umlaufbahnen gebracht;
- Geostationäre Umlaufbahn. Das Bild oben ist eine Illustration einer geostationären Umlaufbahn. Satelliten in dieser Umlaufbahn umkreisen die Erde von West nach Ost über dem Äquator und folgen der Erdrotation. Sie bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde, und es dauert 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden, um eine Umdrehung abzuschließen. Dadurch erscheinen die Satelliten in dieser Umlaufbahn stationär in einer festen Position. Um der Erdrotation perfekt zu entsprechen, beträgt die Geschwindigkeit der Satelliten in dieser Umlaufbahn etwa 3 Kilometer pro Sekunde und eine Höhe von 35.786 Kilometern.
- Niedrige Erdumlaufbahn. Das obige Bild zeigt eine erdnahe Umlaufbahn. Diese Umlaufbahn ist relativ nahe an der Umlaufbahn der Erde. Es befindet sich in einer Höhe von weniger als 1000 Kilometern und kann bis zu 160 Kilometer über der Erdoberfläche liegen. Satelliten in dieser Umlaufbahn müssen keiner bestimmten Bahn um die Erde folgen. Es gibt mehr als eine verfügbare Route in diesem Orbit. Damit ist sie die am häufigsten verwendete Umlaufbahn. Dies ist die Umlaufbahn der internationalen Raumstation. Aufgrund seiner Nähe zur Erde wird es für Satellitenbilder verwendet und erzeugt Bilder mit hoher Auflösung.
- Mittlere Erdumlaufbahn. Das obige Bild zeigt eine mittlere Erdumlaufbahn. Diese besteht aus einer Vielzahl von Umlaufbahnen. Satelliten in dieser Umlaufbahn müssen keine bestimmten Bahnen nehmen. Es wird am häufigsten von Navigationssatelliten verwendet.
- Polare Umlaufbahn. Das Bild oben ist eine Illustration einer polaren Umlaufbahn. Satelliten in dieser Umlaufbahn reisen von Nord nach Süd über die Pole der Erde. Satelliten in dieser Umlaufbahn passieren nicht unbedingt die Pole, da sie innerhalb von 20 bis 30 Grad abweichen können. Polare Umlaufbahnen befinden sich in niedrigen Höhen, 200 bis 1000 Kilometer über der Erde. Die sonnensynchrone Umlaufbahn ist eine Art polare Umlaufbahn, die über die Polarregionen verläuft und zur Sonne synchron ist. Dies bedeutet, dass Satelliten in dieser Umlaufbahn synchronisiert sind, um sich relativ zur Sonne in derselben Position zu befinden.
- Transferbahn. Das obige Bild zeigt eine Transferbahn. Diese Umlaufbahnen werden verwendet, um von einer Umlaufbahn zur anderen zu gelangen. Wenn sich Satelliten in dieser Umlaufbahn befinden, ist es einfach, sie in eine andere Umlaufbahn zu bringen. Dies ermöglicht es Satelliten, eine Umlaufbahn in großer Höhe zu erreichen, ohne dass eine Trägerrakete benötigt wird, um sie den ganzen Weg zu tragen.
Zusammenfassung
Das haben wir gelernt;
- Eine Umlaufbahn bezieht sich auf eine gekrümmte Bahn, der ein Objekt folgt.
- Die Bewegung von Objekten, die einer Umlaufbahn folgen, wird durch die Schwerkraft beeinflusst.
- Objekte, die die gleiche Masse haben, umkreisen einander mit nichts im Zentrum, aber kleine Objekte im Raum umkreisen größere Objekte.
- Wir benutzen Raketen, um Satelliten in Weltraumumlaufbahnen zu bringen.
