Aika ja satelliitti

Hei,

Osaisko joku auttaa seuraavassa tehtävässä? Jotenkin tosi vaikea lähteä aloittamaan:

Eräs satelliitti (massa m) kiertää Maata ympyräradalla, jonka säde on
n-kertainen Maan säteeseen R nähden. Ilmakehä ja Maata myös
kiertävä kosminen pöly aiheuttavat satelliittiin sen nopeutta
vastustavan voiman F = alfa*v^2, missä v on satelliitin ratanopeus.
Määritä kauanko satelliitilla kestää ennenkuin se törmää Maan
pintaan. Voit olettaa että alfa on niin pieni että satelliitin rata on koko
ajan ympyrän muotoinen.
10110
Äänestä

Muut lukivat myös

Vastaukset 10

Vanhimmat

Taas syysloman sekopääprovo. Vastaan kuitenkin. Siinä on muuttujat m,n,R ja alfa - v voidaan laskea jos haluaa. vastauksena voidaan todeta alfan suuruusoletuksen huomioiden, että kun n>1 sateliittilla kestää iäisyyden, ennen kuin se törmöö maahan.

Äänestä

Tuossa alfaa ei voi olettaa vakioksi sillä se riippuu voimakkaasti kiertosäteestä. Lisäksi pitää ottaa huomioon impulssimomentin säilymislaki. Tulee aika monimutkainen diffisyhtälö.

Äänestä

Ei tule monimutkainen, koska oletettiin, että "satelliitti (massa m) kiertää Maata ympyräradalla" ja "alfa on niin pieni että satelliitin rata on koko ajan ympyrän muotoinen."

Tuosta on helppo johtaa alfan suuruus.

Äänestä
  • Aivan. Jos sateliitin rata jollain ajanhetkellä on jokin muu, kuin alkuperäinen rata, välillä on oltava ratakierros, jolla rata ei ole ollut ympyrän muotoinen. Koska rata alkuehtojen mukaan kuitenkin on koko ajan ympyrän muotoinen, sen on oltava alkuperäinen rata, jolloin alfan on oltava nolla.

    Äänestä

  • 2kate kirjoitti:

    Aivan. Jos sateliitin rata jollain ajanhetkellä on jokin muu, kuin alkuperäinen rata, välillä on oltava ratakierros, jolla rata ei ole ollut ympyrän muotoinen. Koska rata alkuehtojen mukaan kuitenkin on koko ajan ympyrän muotoinen, sen on oltava alkuperäinen rata, jolloin alfan on oltava nolla.

    Minä komppaan. Jotta satelliitti yleensä tulisi alas, on sen radan oltava jokin muu kuin ympyrä, esimerkiksi spiraali.

    Sinänsä aloittajan oletus satelliitin nopeuden hidastumisesta ilmakehän yläkerroksissa on aivan oikea. Tosin ilmakehän tiheyden muutos korkeuden funktiona on kohtuullisen epälineaarinen ja ilmakehä on korkealla todella harvaa, ks.

    http://www.engineeringtoolbox.com/international-standard-atmosphere-d_985.html

    Tässä koulutusmateriaalia asiaan perehtymiseksi:

    http://cosmos.phy.tufts.edu/~zirbel/laboratories/Satellite.pdf

    http://www.ips.gov.au/Category/Educational/Space Weather/Space Weather Effects/SatelliteOrbitalDecayCalculations.pdf

    Äänestä

Kyseeseen tulevat energiat ovat satelliitin liike-energia, painovoimapotentiaalienergia ja ilmanvastukseen kuluva energia. Derivoimalla ne ajan suhteen saan:
m*v*(dv/dt) = -m*g*(R^2/r^2)*(dr/dt) - a(r)*v^3
Pyörimismäärän säilyminen
m*v*r=vakio -> dv/dr=-v/r
Joten aika monimutkaiseksi menee.

Äänestä

Jos alfa on vakio täästä saa laskettua sen ajan, kun pitää pystysuuntaista nopeutta Vy vapaan putoamisen rajanopeutena maan pinnan lähellä , Vy=sqrt(mg/alfa)
Vx tulee liikeyhtälöstä m*dVx/dt=-alfa*(Vx)^2, alkuehdolla t=0, Vx=V1

Liikemäärämomentin säilymisellä tulee yhtälö : V1*H=V2*R, jossa
V2=sqrt((Vx)^2 (Vy)^2), H on korkeus maapallon keskipisteestä =n*R, R= maapallon säde.

Äänestä

Onkohan tässä kyse alaspäin aukeavasta paraabelista, jonka huippu on kohdassa 0, nR
ja jonka toisen asteen termin kerroin on -alpha, ja sitten kysytään , missä se leikkaa vaaka-akselin ? Koordinaatisto on siis t, h ja paraabelin yhtälö keskipistemuodossa:
h-n*R=-alpha*(t-0)^2.
Yhtälö on_: h=-alpha*t^2 n*R. Silloin kun h=0, niin t = n*R/alpha

Äänestä
  • piti olla t^2 = n*R/alpha, josta t = sqrt(n*R/alpha)

    Ei se kyllä näinkään ole, mutta satavarmasti tämä tehtävä on ihan jotain muuta kuin avaruuslennon mekaniikkaa...

    Äänestä

Voisi likimääräisesti ratkaista niin että määritellään ensin lähtötason ympyrärata (v, r) ja lasketaan sillä ilmanvastukseen menevä energia ( a(r)*v^2*n*2*pii*r ) joidenkien kierrosten aikana. Vähennetään tuo energia kokonaisenergiasta (m*v^2/2 - m*g*(R^2/r) ) ja lasketaan uuden ympyräradan parametrit v ja r. Ja niin edelleen.

Äänestä

Kommentoi aloitusta


toivoton4 kirjoitti:

Hei,

Osaisko joku auttaa seuraavassa tehtävässä? Jotenkin tosi vaikea lähteä aloittamaan:

Eräs satelliitti (massa m) kiertää Maata ympyräradalla, jonka säde on
n-kertainen Maan säteeseen R nähden. Ilmakehä ja Maata myös
kiertävä kosminen pöly aiheuttavat satelliittiin sen nopeutta
vastustavan voiman F = alfa*v^2, missä v on satelliitin ratanopeus.
Määritä kauanko satelliitilla kestää ennenkuin se törmää Maan
pintaan. Voit olettaa että alfa on niin pieni että satelliitin rata on koko
ajan ympyrän muotoinen.

Anonyymi
5000

Ilmoita asiaton sisältö

  • Sisältää materiaalia, joka on loukkaavaa, herjaavaa, rasistista, uhkailevaa tai ahdistelevaa.

  • Materiaali sisältää nimiä, yhteystietoja tai muita henkilökohtaisia tietoja. Julkisuuden henkilöistä, julkisissa viroissa toimivista ihmisistä sekä yritysten vastuuhenkilöistä saa keskustella työhön liittyen. Myös yksityiselämään liittyvistä asioista voi keskustella siltä osin, kuin niistä on julkisesti kerrottu.

  • Sisältää lapsille haitallista tai heiltä kiellettyä materiaalia. Seksuaalinen sisältö on sallittua aiheeseen tarkoitetuilla palstoilla, joiden ikäraja on 18 vuotta.

  • Lainvastaista sisältöä voi olla mm. yksityiselämää loukkaavan tiedon levitys, kiihottaminen kansanryhmää vastaan, laiton uhkaaminen, alaikäisiin liittyvä seksuaalinen sisältö/grooming, petokset, identiteettivarkaudet, kunnianloukkaukset ja tekijänoikeusrikkomukset.

  • Sisältö ei liity palstan tai keskusteluketjun aiheeseen.

  • Viesti ei ole suomea tai ruotsia (pl. International Forums), se sisältää mainontaa, se sisältää tekijänoikeuksin suojattua materiaalia, se on massapostitus tai jokin muu syy.

Jaa keskustelu