轨道速度:卫星如何运行?

问题

弄清楚如何把卫星送入轨道。

材料

• 字符串
• 表格
• 小型金属垫圈(直径1/2英寸就可以了)
• 玻璃杯子

过程

1. 在绳子上系几个金属垫圈。
2. 用胶带或打结绳子的另一端，使洗衣机悬挂在平面上方一英寸左右。(你可以把绳子松散的一端固定在一个凸起的厨房橱柜的底部，用下面的台面作为你的实验区)。
3. 在挂垫片的地方做标记，然后把玻璃杯倒过来，这样它就在你挂绳子的地方的正下方。然后你可以让垫圈靠在玻璃的一侧。

4. 试着轻推垫圈，让它们从玻璃杯的一侧摆动开。从轻拍开始，尝试发射的方向和力度，直到你能让垫圈“绕着”玻璃旋转。你需要朝哪个方向推洗衣机，让它们不碰到玻璃?多大的力能让垫圈绕玻璃旋转最长的时间?你能让你的洗衣机落在杯子的特定部分吗?

结果

你会发现轻轻往旁边一推(相对于杯子)，你的垫圈就会启动，这样它们就会绕着杯子转几圈。在远离杯子的方向上敲击垫圈将无法让垫圈旋转，如果你用太大的力发射垫圈，它们通常会在发射后立即击中杯子。

为什么?

卫星需要侧向发射，而不是直接远离地球才能成功进入轨道。艾萨克·牛顿提出了一个思想实验来解释为什么会这样;我们今天称之为牛顿的炮弹．让我们假设在一座非常高的山上有一门大炮(这座山足够高，所以从大炮中发射的炮弹不会遇到任何空气阻力)。如果你发射一颗与地面平行但速度不快的炮弹(一个)，它只会飞一小段距离就会坠入海洋，因为重力改变了炮弹的轨迹。如果你发射炮弹的速度更快(B)，它会在更远的地方着陆。重力仍然使炮弹向地球下落，但它的初始侧向速度将它带得更远一点。

如果你发射了炮弹非常快的叫什么轨道速度，它将继续沿着固定的圆形轨道绕月球飞行(C)．在这种情况下，炮弹的速度足以使炮弹坠落周围地球。重力一直作用在炮弹上，不断地改变它的路径，但炮弹的水平速度意味着重力永远无法把它拉回地球表面。

美国国家航空航天局发射轨道运载火箭用和把洗衣机送入简短轨道相同的方法。虽然火箭最初垂直起飞以获得速度和高度，但一旦它超过了大气中的空气阻力，它就会转向侧面，水平加速，直到达到轨道速度。

有些东西对火箭来说是可能的，但对你的绳子上的洗衣机来说是不可能的，那就是到达逃逸速度．逃逸速度是指某物完全摆脱大质量物体(如地球)的引力，使其永远不会掉下来所需的速度(在上图中，直线(D)演示以逃逸速度发射的炮弹)。在太阳系中探索其他行星或小行星的太空探测器需要达到逃逸速度才能到达这些地方。在月球上的宇航员必须达到月球的逃逸速度才能返回地球。