| @@ -1,17 +1,32 @@ |
| | | ### Условие |
| | | |
| | − | $2.6.37.$ Спутник связи «Молния–1» имеет перигей над южным полушарием Земли на высоте около 500 км, а апогей — на высоте около 40 000 км над северным полушарием. Каково отношение угловых скоростей обращения этого спутника в перигее и апогее? |
| | + | $2.6.37.$ Спутник связи «Молния–1» имеет перигей над южным полушарием Земли на высоте около $500 \text{ км}$, а апогей — на высоте около $40 000 \text{ км}$ над северным полушарием. Каково отношение угловых скоростей обращения этого спутника в перигее и апогее? |
| | | |
| | + |  |
| | + | |
| | | ### Решение |
| | − | |
| | − |  |
| | | |
| | − |  |
| | + | В перигее и апогее вектор скорости спутника перпендикулярен радиус-вектору, проведенному из центра Земли. Угловая скорость в этих точках связана с линейной скоростью $v$ и расстоянием до центра Земли $r$ соотношением $\omega = \frac{v}{r}$. |
| | | |
| | − |  |
| | + | Согласно закону сохранения момента импульса (или второму закону Кеплера), момент импульса спутника $L$ относительно центра Земли остается неизменным на протяжении всей орбиты: |
| | + | $$L = m v_p r_p = m v_a r_a = \text{const}$$ |
| | + | где индексы $p$ и $a$ относятся к перигею и апогею соответственно. |
| | | |
| | − | ### Ответ |
| | + | Выразим отношение линейных скоростей: |
| | + | $$\frac{v_p}{v_a} = \frac{r_a}{r_p}$$ |
| | | |
| | − | Отношение угловых скоростей в перигее и апогее ≈ 45,56. |
| | + | Искомое отношение угловых скоростей $\frac{\omega_p}{\omega_a}$: |
| | + | $$\frac{\omega_p}{\omega_a} = \frac{v_p / r_p}{v_a / r_a} = \frac{v_p}{v_a} \cdot \frac{r_a}{r_p}$$ |
| | | |
| | + | Подставляя отношение линейных скоростей из закона сохранения момента импульса, получаем: |
| | + | $$\frac{\omega_p}{\omega_a} = \frac{r_a}{r_p} \cdot \frac{r_a}{r_p} = \left( \frac{r_a}{r_p} \right)^2$$ |
| | | |
| | + | Рассчитаем расстояния от центра Земли до спутника, приняв стандартный радиус Земли $R_{\text{З}} \approx 6400 \text{ км}$: |
| | + | - Радиус перигея: $r_p = R_{\text{З}} + h_p = 6400 + 500 = 6900 \text{ км}$ |
| | + | - Радиус апогея: $r_a = R_{\text{З}} + h_a = 6400 + 40000 = 46400 \text{ км}$ |
| | + | |
| | + | Подставляем числовые значения: |
| | + | $$\frac{\omega_p}{\omega_a} = \left( \frac{46400}{6900} \right)^2 = \left( \frac{464}{69} \right)^2 \approx 45.2$$ |
| | + | |
| | + | #### Ответ |
| | + | Отношение угловых скоростей $\frac{\omega_p}{\omega_a} \approx 45$ |