III. Gravity and elements of astronomy. The student:
2) indicates the force of gravity as the centripetal force in the circular orbit motion, calculates the value of the velocity in a circular orbit with any radius; discusses the movement of satellites around the Earth.
For hundreds of years, people have dreamed of extra‑terrestrial travel. It was not until the mid‑20Indeks górny thth century that these dreams were realized. The first object to reach the Earth's orbit was the Soviet Sputnik 1, which was launched on October 4, 1957 and circled Earth for 92 days and then destroyed. This event began an intensive exploration of outer space.
Artificial satellites revolve around the Earth in orbits at different altitudes.
Definition: A low Earth orbitlow Earth orbitlow Earth orbit - is an orbit at an altitude of 200‑2000 km from the Earth's surfacesurfacesurface.
Definition: Medium Earth orbit - this term is defined as the space between a low Earth orbitlow Earth orbitlow Earth orbit and a geostationary orbit. This orbit is mainly used by navigational satellites.
Currently, there are hundreds of objects in space that serve research and utilitarian purposes.
Telecommunications satellites:
The telecommunications satellite enables tele‑transmission of radio and television signals. The task of such a satellite is to receive a signal from a ground station, amplify it and send it back to Earth. Almost all satellites of this type revolve on a geostationary orbit, which ensures them to maintain a fixed position over a given point on the Earth's equator.
Navigational satellites:
The navigational satellite emits radio signals that are used to determine the position of objects on the surface of the Earth. They allow to measure latitude and longitude, altitude above sea level, and speed of movement of the object. The navigational satellites revolve about 20000 km above the Earth's surfacesurfacesurface.
The most popular is the American GPS system (Global Positioning System). Simultaneously operates the Russian GLONASS system.
In 2020, the European GALILEO system will achieve full functionality.
These systems cover the entire Earth.
The Chinese BeiDou system, which is also expected to achieve full operational capacity in 2020, covers China and neighbouring countries.
Navigation systems are used for military and civilian purposes; they can be used by the owners not only of special receivers, but also of smartphones.
The following figure shows the characteristic quantities, and their values, describing the movement of the satellites, such as the period of circulation, the radius of the orbit, the speed at which the satellite moves in a given orbit, the altitude above the sea level on which the satellite is located.
[Illustration 1]
Satellites and scientific probes:
In addition to navigational satellites, there are other satellites in space, such as meteorological, research, space telescopes. These satellites are at different altitudes and revolve around the Earth with different speeds.
Hubble telescope:
The Hubble Space Telescope (HST) was elevated to a low Earth orbitlow Earth orbitlow Earth orbit in 1990. It revolves around the Earth in less than 97 minutes. It was created thanks to the cooperation of two astronomical agencies - American NASA and European ESA. The Hubble telescope provides interesting research material for astronomers.
Chandra telescope:
The Chandra space telescope was launched in 1999. This telescope records X‑ray sources - this radiation allows the observation of white dwarfs, neutron stars and black holes.
The mission time of the satellite, initially anticipated for five years, has been extended, and the telescope, after 18 years of use, still provides a lot of important information.
Spitzer telescope:
The range of infrared radiation is examined using the Spitzer space telescope. This telescope was placed in orbit around the Sun in 2003 and has remained there until now. He moves in the same orbit as the Earth - he follows it at some distance.
Webb telescope:
The Webb telescope is currently under construction and the date of its launch has been delayed several times and is expected to be 2021. It will move in an elliptical orbit around the Sun. Webb telescope will be used for infrared radiation research.
[Illustration 2]
Space stations:
On space stations not only scientific experiments in various fields of physics and astronomy are performed. Research related to the specific conditions prevailing at the station, namely the state of weightlessnessweightlessnessweightlessness, is equally important. These are, for example, the study of the crystallization of bodies in this state (there is no convection) and the effect of weightlessness on the human body.
Mir station:
In the years 1986‑2001, the Soviet station Mir („Peace”) acted as a research space station. It was expanded by adding further modules until 1996. As a result of the expansion, the mass of the station reached over 130 tons. For over a dozen years, there were 137 astronauts from many countries who conducted thousands of scientific experiments and gained invaluable experience related to the reaction of the human body to a long‑term stay in the state of weightlessnessweightlessnessweightlessness.
ISS station:
The International Space Station (ISS) became the successor of the Mir station. This is the first space station built with the cooperation of many countries. It allows six permanent crew members to stay at the same time. The first station modules were launched into the orbit and connected to each other in 1998. The first permanent crew started to live on it in 2000.
Satelity, czyli ciała krążące wokół Ziemi, innych planet lub Słońca, mają różnorodne zastosowanie – od naukowego po komercyjne (telekomunikacja, audycje radiowe i telewizyjne). Niektóre satelity są przeznaczone do celów wojskowych lub wywiadowczych. Satelity pozwalają na obserwację zjawisk niedostępnych z powierzchni Ziemi albo na zbieranie doświadczeń związanych z długim pobytem człowieka w stanie nieważkości.
Orbita geostacjonarna – to orbita kołowa znajdująca się w płaszczyźnie równika Ziemi. Znajduje się ona na wysokości 35786 km od równika Ziemi, a prędkość ciała na orbicie to 3,08 . Okres obiegu ciała na tej orbicie wynosi 23 godziny 56 minut i 4 sekundy (czas ten odpowiada dobie gwiazdowej), co powoduje, że ciało znajduje się zawsze w stałej pozycji nad wybranym punktem równika Ziemi.
m032ca076b47fe313_1528449000663_0
Loty w kosmos
m032ca076b47fe313_1528449084556_0
Trzeci
m032ca076b47fe313_1528449076687_0
III. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:
2) wskazuje siłę grawitacji jako siłę dośrodkową w ruchu po orbicie kołowej, oblicza wartość prędkości na orbicie kołowej o dowolnym promieniu; omawia ruch satelitów wokół Ziemi.
m032ca076b47fe313_1528449068082_0
45 minut
m032ca076b47fe313_1528449523725_0
Wymienia zastosowania sztucznych satelitów Ziemi.
m032ca076b47fe313_1528449552113_0
1. Opisuje przeznaczenie stacji kosmicznych.
2. Opisuje możliwości badawcze, jakie daje zastosowanie satelitów i sond kosmicznych.
m032ca076b47fe313_1528450430307_0
Uczeń:
- omawia ruch satelitów wokół ziemi,
- objaśnia korzyści z zastosowania satelitów i sond kosmicznych.
m032ca076b47fe313_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
m032ca076b47fe313_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
m032ca076b47fe313_1528450127855_0
Uczniowie dyskutują na temat eksploracji przestrzeni kosmicznej.
Jakie korzyści przynoszą loty w kosmos?
m032ca076b47fe313_1528446435040_0
Od setek lat ludzie marzyli o podróżach pozaziemskich. Dopiero w połowie XX wieku udało się te marzenia zrealizować. Pierwszym obiektem, który osiągnął ziemską orbitę był radziecki Sputnik1, który został wystrzelony 4 października 1957 roku i przez 92 godziny okrążał Ziemię, a następnie uległ zniszczeniu. Wydarzenie to zapoczątkowało intensywną eksplorację przestrzeni kosmicznej.
Sztuczne satelity krążą wokół Ziemi na orbitach położonych na różnych wysokościach.
Definicja: Niska orbita okołoziemska – to orbita przebiegająca na wysokości od 200‑2000 km od powierzchni Ziemi.
Definicja: Średnia orbita okołoziemska – tym pojęciem określa się przestrzeń pomiędzy niską orbitą okołoziemską a orbitą geostacjonarną. Orbita ta wykorzystywana jest głównie przez satelity nawigacyjne.
Definicja: Orbita geostacjonarna – to orbita kołowa znajdująca się w płaszczyźnie równika Ziemi. Znajduje się ona na wysokości 35786 km od równika Ziemi, a prędkość ciała na orbicie to 3,08 . Okres obiegu ciała na tej orbicie wynosi 23 godziny 56 minut i 4 sekundy (czas ten odpowiada dobie gwiazdowej), co powoduje, że ciało znajduje się zawsze w stałej pozycji nad wybranym punktem równika Ziemi.
[Grafika interaktywna]
Obecnie w przestrzeni kosmicznej znajdują się setki obiektów, które pełnią rolę badawczą i użytkową.
Satelity telekomunikacyjne:
Satelita telekomunikacyjny umożliwia teletransmisję sygnałów radiowych i telewizyjnych. Zadaniem takiego satelity jest odbieranie sygnału ze stacji naziemnej, wzmacnianie go i odsyłanie z powrotem na Ziemię. Prawie wszystkie satelity tego typu poruszają się po orbicie geostacjonarnej, co zapewnia im zachowanie stałej pozycji nad danym punktem na równiku Ziemi.
Satelity nawigacyjne:
Satelita nawigacyjny emituje sygnały radiowe, które wykorzystywane są do ustalania położenia obiektów na powierzchni Ziemi. Pozwalają na pomiar długości i szerokości geograficznej, wysokości nad poziomem morza, prędkości przemieszczania się obiektu. Satelity nawigacyjne poruszają się na wysokości ok. 20000 km nad powierzchnią Ziemi.
Najpopularniejszy jest amerykański system GPS (Global Positioning System). Równolegle funkcjonuje rosyjski system GLONASS.
W 2020 pełną funkcjonalność ma osiągnąć europejski system GALILEO.
Systemy te obejmują swym zasięgiem całą Ziemię.
Chiński system Beidou, który również w 2020 ma osiągnąć pełną zdolność operacyjną, obejmuje swym zasięgiem Chiny i państwa sąsiadujące.
Systemy nawigacji służą celom militarnym oraz cywilnym, mogą być użytkowane przez posiadaczy nie tylko specjalnych odbiorników, lecz także smartfonów.
Poniższy rysunek pokazuje charakterystyczne wielkości i ich wartości opisujące ruch satelitów, jak okres obiegu, promień orbity, prędkość z jaką porusza się satelita na danej orbicie, wysokość nad poziomem morza, na której znajduje się satelita.
[Ilustracja 1]
Satelity i sondy naukowe:
Poza satelitami nawigacyjnymi w przestrzeni kosmicznej znajdują się również inne satelity, np. meteorologiczne, badawcze, teleskopy kosmiczne. Satelity te znajdują się na różnych wysokościach i okrążają Ziemię z różnymi prędkościami.
Teleskop Hubble’a:
Teleskop Hubble'a (Hubble Space Telescope – HST) został wyniesiony na niską orbitę okołoziemską w 1990 r. Obiega Ziemię w niespełna 97 minut. Powstał dzięki współpracy dwóch agencji astronomicznych – amerykańskiej NASA i europejskiej ESA. Teleskop Hubble'a dostarcza ciekawego materiału badawczego dla astronomów.
Teleskop Chandra:
Teleskop kosmiczny Chandra został wystrzelony w 1999 r. Teleskop ten rejestruje źródła promieniowania rentgenowskiego – promieniowanie to pozwala na obserwacje białych karłów, gwiazd neutronowych i czarnych dziur.
Czas misji satelity początkowo przewidywany na pięć lat, został przedłużony i teleskop po 18 latach użytkowania, wciąż dostarcza wiele ważnych informacji.
Teleskop Spitzera:
Zakres promieniowania podczerwonego jest badany za pomocą teleskopu kosmicznego Spitzera. Teleskop ten został umieszczony na orbicie okołosłonecznej w 2003 r. i do tej pory nadal tam pozostaje. Porusza się po tej samej orbicie co Ziemia – podąża za nią w pewnej odległości.
Teleskop Webba:
Teleskop Webba znajduje się obecnie w budowie, a data jego wystrzelenia została kilkakrotnie opóźniona i jest przewidywana na 2020 rok. Będzie się poruszał po orbicie eliptycznej wokół Słońca. Za pomocą teleskopu Webba będą prowadzone badania w podczerwieni.
[Ilustracja 2]
Stacje kosmiczne:
Na stacjach kosmicznych przeprowadza się nie tylko eksperymenty naukowe z różnych dziedzin fizyki i astronomii. Równie ważne są badania związane ze szczególnymi warunkami panującymi na stacji, mianowicie ze stanem nieważkości. Są to badania np. krystalizacji ciał w tym stanie (nie występuje wtedy zjawisko konwekcji) oraz wpływu stanu nieważkości na organizm człowieka.
Stacja Mir:
W latach 1986‑2001 radziecka stacja Mir („Pokój”) pełniła funkcję badawczej stacji kosmicznej. Rozbudowywano ją przez dołączanie kolejnych modułów aż do 1996 r. W wyniku rozbudowy masa stacji osiągnęła ponad 130 ton. Przez kilkanaście lat przebywało na niej 137 kosmonautów z wielu krajów, którzy przeprowadzili tysiące eksperymentów naukowych i zdobyli bezcenne doświadczenia związane z reakcją organizmu ludzkiego na długotrwały pobyt w stanie nieważkości.
Stacja ISS:
Międzynarodowej Stacja Kosmiczna („International Space Station”, w skrócie ISS) stała się następczynią stacji Mir. Jest to pierwsza stacja kosmiczna wybudowana przy współudziale wielu krajów. Umożliwia jednoczesne przebywanie sześciu członków stałej załogi Pierwsze moduły stacji zostały wyniesione na orbitę i połączone ze sobą w 1998 roku. Pierwsza stała załoga zamieszkała na niej w roku 2000.
Stacja ISS, podobnie jak wcześniej Mir, porusza się po niskiej orbicie okołoziemskiej.
m032ca076b47fe313_1528450119332_0
Satelity, czyli ciała krążące wokół Ziemi, innych planet lub Słońca, mają różnorodne zastosowanie – od naukowego po komercyjne (telekomunikacja, audycje radiowe i telewizyjne). Niektóre satelity są przeznaczone do celów wojskowych lub wywiadowczych. Satelity pozwalają na obserwację zjawisk niedostępnych z powierzchni Ziemi albo na zbieranie doświadczeń związanych z długim pobytem człowieka w stanie nieważkości.