ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Перша і друга космічні швидкості
Штучні супутники Землі - космічні літальні апарати, виведені на навколоземні орбіти. Вони призначаються для вирішення різних наукових і прикладних задач.
Супутники використовуються для наукових досліджень. Інформація, яка подається із супутників, сприяє полегшенню рішення різних народногосподарських завдань. Вони дозволили людині вперше подивитися на свою планету з боку. І першими цю можливість гідно оцінили метеорологи. Тепер тільки годинник потрібні їм для того, щоб отримати уявлення про хід процесів, що визначають погоду на всій земній кулі.
За допомогою ШСЗ вперше було виміряно щільність верхньої атмосфери (щодо змін орбіти), досліджені особливості поширення радіосигналів в іоносфері, перевірені теоретичні розрахунки і основні технічні рішення, пов'язані з виведенням ШСЗ на орбіту.
Штучні супутники літають зазвичай на висоті 150-200 км. На цих висотах атмосфера вже не робить помітного опору руху. Максимальна висота польоту може бути значно більшою і нерідко досягає десятків і навіть сотень тисяч кілометрів.
В одній зі своїх книг Ньютон пропонував уявити собі, що на дуже високій горі встановили величезну гармату і стріляють з неї в горизонтальному напрямку. Чим більше швидкість снаряда, тим далі він полетить. І якщо швидкість снаряда буде досить великим, він облетить всю Землю по круговій орбіті, тобто стане штучним супутником.
Ø Швидкість, яку потрібно надати супутнику, щоб він рухався навколоземній орбітою (на меншій висоті, в порівнянні з радіусом Землі), називають першою космічною швидкістю.
Обчислимо цю швидкість. Поблизу поверхні Землі на супутник діє сила тяжіння F = mg. де m - маса супутника. Ця сила надає супутнику прискорення оскільки радіус орбіти можна вважати приблизно однаковим з радіусом Землі. Згідно з другим законом Ньютона, F = m адоц, тому: Звідси випливає, що перша космічна швидкість дорівнює:
Маючи першу космічну швидкість, тіло не впаде на Землю, але ця швидкість замала для того, щоб віддалити тіло на таку відстань, коли тяжіння Землі перестане відігравати суттєву роль.
Ø Щоб тіло змогло покинути Землю і перетворитися в штучну планету - супутник Сонця, йому слід надати так званої другої космічної швидкості.
Вона дорівнює: З такою швидкістю тіло виходить за межі земного тяжіння.
Ø Третя космічна швидкість - це швидкість, необхідна для того, щоб тіло могло покинути межі Сонячної системи і відправитися в Галактику.
Розрахуємо орбітальну швидкість супутника під час руху по круговій орбіті на висоті h над Землею.
З одного боку, на супутник діє сила:
З іншого боку, згідно з другим законом Ньютона:
Звідси випливає, що супутник рухається по круговій орбіті на висоті h над поверхнею Землі зі швидкістю:
Слід зазначити, що швидкість супутника зменшується з висотою: на високих орбітах вона менше, ніж на низьких.
04.10.1957 p. виведений на навколоземну орбіту перший в світі штучний супутник Землі. Цей старт ознаменував початок космічної ери в історії людства.
03.11.1957 p. був запущений другий радянський ШСЗ - перший в світі штучний супутник Землі з живою істотою. На його борту знаходився собака Лайка.
15.05.1958 p. третій радянський ШСЗ був першим в світі супутником для проведення наукових досліджень.
02.01.1959 p. ракета-носій «Восток» вивела на траєкторію польоту до Місяця радянську автоматичну міжпланетну станцію «Луна-1» пройшла на відстані 6 000 км від поверхні Місяця і вийшла на геліоцентричну орбіту. Вона стала першим в світі штучним супутником Сонця.
12.09.1959 p. до місяця стартувала АМС «Луна-2» вперше в світі досягла поверхні Місяця.
19.08.1960 p. був запущений космічний корабель «Восток» з собаками Білкою і Стрілкою на борту, які успішно повернулися на Землю.
12.04.1961 p. вперше на навколоземну орбіту був виведений космічний корабель «Восток» з космонавтом Ю. О. Гагаріним на борту.
06.08.1961 p. почався політ космічного корабля «Восток-2» з космонавтом Г. С. Титовим на борту. Політ тривав 1 доба 1 година 18 хвилин.
12.10.1964 p. перший в світі політ багатомісного космічного корабля. Космонавти В. Комаров, К. Феоктистов, Б. Єгоров вперше в світі здійснили політ без скафандрів.
18.03.1965 p. космонавт О. Леонов вперше вийшов у відкритий Космос.
12.11.1965 p. була виведена на траєкторію польоту до Венери станцію «Венера-2». Вона пролетіла на відстані 24 000 км від Венери.
03.02.1966 p. автоматична станція «Луна-9» першою в світі здійснила м'яку посадку на поверхню Місяця, після чого передав панорамне зображення поверхні Місяця.
З часу перших космічних польотів ракети, що стартують зараз в космос, значно вдосконалені. Сьогодні на навколоземні орбіти з їх допомогою виводяться і великі космічні станції, і сотні штучних супутників.
У розвиток космічних програм був зроблений великий внесок українськими фахівцями. Значний внесок у розробку теорії космічних польотів зробив український вчений Ю. В. Кондратюк (О. И. Шаргей).
У 1929 р вийшла в світ його книга «Завоювання міжпланетних просторів», в якій вчений розробив теорію проміжних станцій (ракетних баз) у вигляді супутників планет, розрахував траєкторії економічного піднесення з Землі, вперше запропонував використовувати як паливо для ракетних двигунів деякі метали, наприклад , магній, літій, алюміній і ін .; розробив перший варіант експедиції на Місяць через окололунную орбіту.
Розрахунки Юрія Кондратюка були використані американцями для створення місячної програми і висадки на Місяці, запропонована вченим траєкторія польоту названа «трасою Кондратюка».
Юрій Кондратюк загинув смертю хоробрих під час війни.
За своє життя цей геніальний людина не встигла отримати ні визнання, ні нагород у себе на Батьківщині. Він перший, хто запропонував творити станцію - супутник Місяця. Саме його ідеєю скористалися для здійснення перших польотів астронавтів на Місяць американці. На космодромі мису Канаверал вдячні американці спорудили йому пам'ятник. Можливо, коли-небудь це зроблять і в Україні. А поки що ім'ям Ю. Кондратюка названо траса, якою перша людина летіла для висадки на Місяці і кратер на зворотному боці Місяця.
Становлення космічної галузі в Україні почалося ще в 1937 р зі створення в Харківському авіаційному інституті реактивної групи під керівництвом Г. Проскури. Було здійснено запуск великого стратосферної ракети.
У 1951 р рішенням уряду було прийнято рішення створити в Дніпропетровську завод для складання ракет. У 1954 р на території заводу було організовано Конструкторське бюро, головним конструктором якого призначили М. К. Янгеля.
Українські підприємства «Комунар», «Арсенал», «Моноліт», Євпаторійський космічний центр брали участь у підготовці запуску першого штучного супутника Землі.
З початку 1960-х pp. підприємства України почали розробляти системи управління, бортову автоматику і інші системи та прилади для космічних об'єктів і комплексів.
Виведений на орбіту 15 космічних апаратів, одним з яких був україно-російський космічний апарат «АУОС-СМ-КФ", призначений для реалізації програми дослідження сонячної активності в рамках спільного україно-російського проекту «КОРОНАС».
Питання до учнів під час викладу нового матеріалу
1. Чому супутники, обертаючись навколо Землі під дією сили тяжіння, не падають на Землю?
2. Що необхідно зробити з фізичним тілом, щоб воно перетворилося в штучний супутник Землі?
3. Як рухається супутник, має першу космічну швидкість? другу космічну швидкість?
Закріплення ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Тренуємося вирішувати завдання
1. Чи може супутник обертатися навколо Землі по круговій орбіті зі швидкістю 1 км / с? За якої умови це можливо?
2. Чи може супутник обертатися навколо Землі по круговій орбіті, здійснюючи 30 оборотів на добу? (Відповідь: ні, тому що для цього радіус орбіти повинен бути менше радіуса Землі).
3. Оцініть масу Сонця, коли відстань між Сонцем і Землею дорівнює 150 млн. Км. Земля рухається навколо Сонця зі швидкістю 30 км / с.
4. На якій висоті над поверхнею Землі сила тяжіння зменшується на 10%?
1. Яка сила надає супутнику центростремительного прискорення під час його руху навколо Землі?
2. Як повинна бути спрямована швидкість тіла в момент його виходу на орбіту, щоб воно стало штучним супутником Землі?
3. Під час руху по круговій орбіті супутник рухається з прискоренням вільного падіння. Як би ви в зв'язку з цим відповіли на питання: падає супутник не падає?
Що ми дізналися на уроці
• Мінімальну швидкість, яку потрібно надати тілу, щоб воно стало штучним супутником Землі, називають першою космічною швидкістю:
• Супутник рухається по круговій орбіті на висоті h над поверхнею Землі зі швидкістю:
• Необхідно відзначити, що швидкість супутника зменшиться в залежності від висоти: на високих орбітах вона буде менше, ніж на низьких.
р2) - 8.27; 8.28; 8.29; 8.30;
г 3) - 8.48; 8.49; 8.50; 8.52.