www.planetary-spb.ru
V0 v0 = 0 км/с

Движение в поле тяготения

Примечание. Размеры тел и скорости движения не пропорциональны реальным, они изменены для удобства наблюдения.
Введение. Как вам известно из курса физики, тело, брошенное горизонтально, с небольшой высоты и с небольшой скоростью под действием только одной силы гравитации (пренебрегая сопротивлением воздуха) движется к Земле примерно по параболе (если не считать небольшое изменение ускорения свободного падения с высотой) См. например: 9-5-lab. Движение тала, брошенного горизонтально. 9-iszt. Первая космическая скорость. Искусственный спутник Земли. Мысленный эксперимент. Тело, имеющее в качестве начальной v0 первую космическую скорость (для Земли 7,9 км/с), движется по окружности, а при большей скорости - по эллипсу, в одном из фокусов которого находится центр гравитации.
При достижении второй космической скорости (для Земли 11,3 км/с) траектория перестаёт быть замкнутой, и тело начинает двигаться по параболе, условно говоря, покидая пределы тяготения планеты. На самом деле пределов гравитации нет, тяготение планеты простирается на всё космическое пространство. Здесь имеется ввиду, что такое тело, двигаясь по незамкнутой траектории, уже никогда самостоятельно не вернётся к данной планете.
При скорости 16,3 км/с тело начнёт двигаться по гиперболе, то есть также незамкнутой траектории.
Нашей задачей будет пронаблюдать на виртуальной модели, как меняется движение тела вокруг Земли при изменении начальной горизонтальной скорости от 7,9 км/с до 11 км/с.
Устаонвка. В правом верхнем углу страницы находится поле нашей виртуальной модели. На нём можно видеть земной шар со спутником. Начальную скорость спутника v0, направленную параллельно поверхности Земли, можно менять в заданных пределах с помощью слайдера. Кнопкой "ПУСК" можно включать анимацию и наблюдать движение спутника. Остановть анимацию можно кнопкой "СТОП". Анимация также прекращает работу после 40 оборотов.
Выполнение работы. I. Нажмите кнопку "ПУСК" и наблюдайте, как будет двигаться спутник при скорости 7,9 км/сек. Наблюдать, значит подмечать разнообразные детали протекающкго явления. Из каких деталей состоит движение? Для движения важны траектория, скорость, ускорение, а также их изменение в процессе движения. Также важно почувствовать, действие каких сил и как сказывается на движении тела. А ещё важно понимать, какие изменения и превращения энергии (а иногда и импульса) происходят во время движения. Наблюдать не значит просто смотреть. Наблюдать значит видеть и чувствовать. Наблюдение воспитывает ваши ощущения природы.
Выполнив первое наблюдение, ответьте на следующие контрольные вопросы 1 - 5, используя полученную при наблюдениях информацию. Если необходимо, повторите наблюдения.

1. Какова форма траектории движения спутника при начальной горизонтальной скорости его равной 7,9 км/с?
1. Прямая лмния.
2. Окружность.
3. Круг.
4. Эллипс.
5. Парабола.
6. Гипербола.
Ответ №:
2. Сравните линейные скорости спутника в крайней левой и крайней правой точках движения. Из приведенных ниже утверждений выберите правильное.
1. Скорости равны.
2. В левой точке скорость больше.
3. В правой точке скорость больше.
Ответ №:
3. Как можно назвать движение спутника, движущегося с первой космической скоростью?
1. Равномерное движение по окружности (или движение с центростремительным ускорением, но без линейного).
2. Равноускоренное движение (с линейным ускорением).
3. Равнозамедленное движение.
4. Движение с переменным ускорением.
Ответ №:
4. Как направлена сила, действующая на спутник в таком движении?
1. По ходу движения спутника.
2. К центру окружности.
3. От центра окружности.
4. Против движения спутника.
Ответ №:
5. Какие изменения энергии происходят при перемещении спутника из крайней левой точки траектории до крайней правой точки?
1. Энергия не изменяется.
2. Потенциальная энргия превращается в кинетическую.
3. Кинетическая энергия превращается в потенциальную.
4. Часть кинетической энергии превращается в потенциальную.
5. Часть потенциальной энергии превращается в кинетическую.
Ответ №:
II. Для продолжения наблюдений нажмите кнопку "СТОП", а затем "ПУСК". Двигайте слайдер постепенно вправо, наблюдая, как меняется начальная скорость и характер движения спутника в зависимости от этой скорости. Результаты наблюдений отразите при ответе на нижеследующие вопросы (6 - 10). Если надо повторите наблюдения.
6. Какова траектория движения спутника при его начальной горизонтальной скорости больше первой космической, но меньше второй?
1. Прямая линия.
2. Окружность.
3. Круг.
4. Эллипс.
5. Парабола.
6. Гипербола.
Ответ №:
7. Сравните линейные скорости спутника в крайней левой (в перигее) и крайней правой (в апогее) точках движения. Из приведенных ниже утверждений выберите правильное.
1. Скорости равны.
2. В перигее скорость больше, чем в апогее.
3. В апогее скорость больше, чем в перигее.
Ответ №:
8. Как можно назвать движение спутника, движущегося со скоростью большей первой космической?
1. Равномерное движение.
2. Равноускоренное движение.
3. Равнозамедленное движение.
4. Движение с переменным ускорением.
Ответ №:
9. Наблюдайте действие гравитации на движение спутника (удобнее наблюдать при более вытянутых орбитах). Как направлена сила, действующая на спутник в таком движении?
1. По ходу движения спутника.
2. К центру гравитации, под углом к скорости.
3. От центра гравитации.
4. Против движения спутника.
Ответ №:
10. Какие изменения энергии происходят при перемещении спутника от перигея к апогею?
1. Энергия не изменяется.
2. Потенциальная энргия превращается в кинетическую.
3. Кинетическая энергия превращается в потенциальную.
4. Часть кинетической энергии превращается в потенциальную.
5. Часть потенциальной энергии превращается в кинетическую.
Ответ №: