ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Grawitacja i elementy astronomiiklasa 1 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/1/fizyka/satelity-niewazkosc-i-przeciazenie/

Fizyka · Grawitacja i elementy astronomii · kl. 1

Satelity, nieważkość i przeciążenie

Astronauci na stacji kosmicznej unoszą się w powietrzu, choć grawitacja na tej wysokości jest prawie taka jak na Ziemi. Skąd ta różnica? Oni stale spadają, tylko nie mają gdzie spaść.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Czym jest satelita

  • Satelita to ciało krążące po orbicie wokół większego ciała. Naturalny to np. Księżyc. Sztuczne to stacja ISS, satelity telekomunikacyjne, pogodowe i nawigacyjne (GPS).
  • Satelita ma dużą prędkość poziomą (styczną do orbity). Grawitacja ciągle zakrzywia jego tor ku Ziemi, ale Ziemia jest okrągła i jej powierzchnia „ucieka” spod spadającego satelity. Dlatego ciągle spada, a jednak nie uderza w Ziemię.
Ziemiawolno: spada bliskoszybciej: spada dalejbardzo szybko: krążyschemat, nie w skali
Armata Newtona: im szybszy pocisk, tym dalej spada. Przy odpowiedniej prędkości okrąża Ziemię

2Grawitacja jako siła dośrodkowa

  • Oznaczenia: G – stała grawitacji; M – masa Ziemi [kg]; m – masa satelity [kg]; r – promień orbity, liczony od środka Ziemi [m]; v – szybkość satelity [m/s].
Zapamiętaj

Na orbicie kołowej grawitacja pełni rolę siły dośrodkowej: G · M · m przez r2 = m · v2 przez r

  • Obliczanie z tego równania szybkości satelity to zakres rozszerzony. Wniosek jakościowy: im wyższa orbita, tym mniejsza szybkość i dłuższy czas obiegu. Masa satelity nie ma znaczenia dla toru, bo m się skraca.
Sprawdź, czy rozumiesz

Co sprawia, że satelita krąży wokół Ziemi?

3Nieważkość i przeciążenie

  • Waga pokazuje nacisk na podłoże, a nie ciężar. W swobodnym spadku nacisk znika. Wtedy mówimy o stanie nieważkości.
  • Winda, której zerwała się lina: ty i winda spadacie z tym samym przyspieszeniem, więc nie naciskasz na podłogę i waga pokazuje 0.
  • Astronauta na ISS (ok. 420 km nad Ziemią) wciąż jest przyciągany przez Ziemię: przyspieszenie grawitacyjne wynosi tam ok. 8,6 m/s², czyli ok. 88% wartości z powierzchni.
  • Przykład. Dane: astronauta m = 80 kg, g = 9,81 m/s² na powierzchni i 8,6 m/s² na orbicie. Wzór: F = m · g. Obliczenia: na Ziemi 80 · 9,81 N ≈ 785 N, na orbicie 80 · 8,6 N ≈ 690 N. Odpowiedź: siła grawitacji maleje tylko o ok. 12%, a mimo to astronauta jest w stanie nieważkości.
  • Przeciążenie to nacisk na podłoże większy niż w spoczynku. Występuje, gdy przyspieszenie jest skierowane w górę: winda rusza w górę albo hamuje, jadąc w dół, rakieta startuje, samolot wychodzi z lotu nurkowego. Waga pokazuje wtedy więcej.
spoczynekmN = mgprzyspiesza w góręmaN > mgprzyspiesza w dółmaN < mgswobodny spadekmaN = 0Nmgprzyspieszenie windy
Nacisk na człowieka w windzie: przeciążenie przy przyspieszeniu w górę, nieważkość w swobodnym spadku (N = 0)
Uwaga na błąd

„na orbicie nie ma grawitacji”

Jest, ale astronauta i stacja spadają razem, więc nie ma nacisku na podłogę.

✎Ściąga: Satelity, nieważkość i przeciążenie

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Na orbicie kołowej grawitacja pełni rolę siły dośrodkowej: G · M · m przez r2 = m · v2 przez r
  • Satelita to ciało krążące po orbicie wokół większego ciała. Naturalny to np. Księżyc. Sztuczne to stacja ISS, satelity telekomunikacyjne, pogodowe i nawigacyjne (GPS).
  • Oznaczenia: G – stała grawitacji; M – masa Ziemi [kg]; m – masa satelity [kg]; r – promień orbity, liczony od środka Ziemi [m]; v – szybkość satelity [m/s].
  • Astronauta na ISS (ok. 420 km nad Ziemią) wciąż jest przyciągany przez Ziemię: przyspieszenie grawitacyjne wynosi tam ok. 8,6 m/s², czyli ok. 88% wartości z powierzchni.
  • Przykład. Dane: astronauta m = 80 kg, g = 9,81 m/s² na powierzchni i 8,6 m/s² na orbicie. Wzór: F = m · g. Obliczenia: na Ziemi 80 · 9,81 N ≈ 785 N, na orbicie 80 · 8,6 N ≈ 690 N. Odpowiedź: siła grawitacji maleje tylko o ok. 12%, a mimo to astronauta jest w stanie nieważkości.
  • Przeciążenie to nacisk na podłoże większy niż w spoczynku. Występuje, gdy przyspieszenie jest skierowane w górę: winda rusza w górę albo hamuje, jadąc w dół, rakieta startuje, samolot wychodzi z lotu nurkowego. Waga pokazuje wtedy więcej.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Co sprawia, że satelita krąży wokół Ziemi?

    1. ANie działa na niego żadna siła
    2. BSiła odśrodkowa równoważy grawitację
    3. CGrawitacja pełni rolę siły dośrodkowej
    4. DCiągła praca silników rakietowych
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Grawitacja pełni rolę siły dośrodkowej – Satelita krąży swobodnie, a siłą dośrodkową jest przyciąganie Ziemi.

  2. Dlaczego satelita nie spada na Ziemię?

    1. ASpada cały czas, ale dzięki prędkości poziomej omija jej powierzchnię
    2. BBo Ziemia go odpycha
    3. CBo jest lżejszy od powietrza
    4. DBo jest za wysoko, żeby działała grawitacja
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Spada cały czas, ale dzięki prędkości poziomej omija jej powierzchnię – Grawitacja ciągle zakrzywia jego tor, a powierzchnia Ziemi „ucieka” spod spadającego satelity.

  3. Kiedy człowiek stojący na wadze w windzie jest w stanie przeciążenia?

    1. AGdy winda rusza w górę
    2. BGdy winda spada swobodnie
    3. CGdy winda rusza w dół
    4. DGdy winda jedzie w górę ze stałą prędkością
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Gdy winda rusza w górę – Przy przyspieszeniu skierowanym w górę nacisk na podłogę jest większy niż ciężar.

  4. Jak zmienia się czas obiegu satelity, gdy przeniesiemy go na wyższą orbitę kołową?

    1. ANie zmienia się
    2. BSkraca się
    3. CWydłuża się
    4. DSpada do zera
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Wydłuża się – Wyżej satelita ma mniejszą szybkość i dłuższą drogę do pokonania, więc okres obiegu rośnie.

  5. Co pokazuje waga łazienkowa?

    1. ATwoją masę niezależnie od warunków
    2. BNacisk, z jakim stoisz na wadze
    3. CSiłę grawitacji bez względu na ruch
    4. DGęstość ciała
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Nacisk, z jakim stoisz na wadze – Waga mierzy nacisk. Gdy nacisk znika (swobodny spadek), wskazuje 0.

  6. Winda spada swobodnie. Co pokazuje waga, na której stoi człowiek?

    1. APołowę ciężaru
    2. B0
    3. CPodwójny ciężar
    4. DJego zwykły ciężar
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 0 – Człowiek i winda mają to samo przyspieszenie, więc nie ma nacisku.

  7. Które zdanie o astronaucie na ISS jest prawdziwe?

    1. AJego masa wynosi zero
    2. BNie działa na niego grawitacja
    3. CJest za daleko od Ziemi na grawitację
    4. DDziała na niego grawitacja, ale spada razem ze stacją
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Działa na niego grawitacja, ale spada razem ze stacją – Na wysokości ok. 420 km g wynosi ok. 8,6 m/s², czyli prawie tyle, co na powierzchni.

  8. Astronauta ma masę 80 kg. Ile wynosi siła grawitacji na orbicie, gdzie g = 8,6 m/s²?

    1. A0 N
    2. Bok. 690 N
    3. Cok. 785 N
    4. Dok. 80 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: ok. 690 N – F = m · g = 80 · 8,6 N = 688 N, czyli ok. 690 N.

Cały dział „Grawitacja i elementy astronomii”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytańFiszki · 9🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 1

Badania w fizycePomiary i niepewność pomiarowaNiepewności pomiarowe i dopasowanie prostejWielkości wektorowe i skalarneAnaliza danych i wykresyNarzędzia matematyczne w fizyceRachunek wektorowy i trygonometriaPodstawowe pojęcia kinematykiPrędkośćRównanie ruchu i ruch względnyPrzyspieszenieRuch jednostajny prostoliniowyRuch prostoliniowy zmiennyRuch zmienny – wykresy a(t), zadania i przyspieszenie w ruchu krzywoliniowymRuch po okręguPrędkość kątowa i ruch po okręgu ze zmienną prędkościąRzut poziomy i rzut ukośnyDoświadczenia z kinematykiSiła i jej cechyRodzaje siłUkłady nieinercjalne i siły bezwładnościZasady dynamiki NewtonaTarcieRównia pochyła i zadania z tarciemSiła dośrodkowaDynamika ruchu po okręguDoświadczenia z dynamikiPraca mechanicznaMocEnergia mechaniczna i jej zasada zachowaniaPraca siły zmiennej, twierdzenie o pracy i energiiMoc w ruchu i sprawność urządzeńPęd, zasada zachowania pędu i zderzeniaDoświadczenia: praca, moc, energiaCiśnienieSiła wyporu i prawo ArchimedesaCiśnienie całkowite, naczynia połączone i pływanie ciałDoświadczenia z hydrostatykiPrawo powszechnego ciążeniaPrzyspieszenie grawitacyjne i prawa KepleraUkład Słoneczny, Galaktyka i WszechświatPrędkości kosmiczne i ruch satelitówBryła sztywna i moment siłyMoment bezwładności i dynamika ruchu obrotowegoEnergia kinetyczna ruchu obrotowegoPlanowanie doświadczeńPrzeprowadzanie pomiarówAnaliza wynikówWybrane doświadczenia w klasie 1Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego wahadłem