Satelity systemu GPS krążą wokół Ziemi na wysokości 20200 km. Oblicz prędkość takiego satelity.


Potrzebne dane:


Rz = 6400km


Mz = 6۰10^24 kg


G = 6,67۰10^-11 N*m^2/kg^2.



Odpowiedź :

Prędkość satelity wynosi:

[tex]v\approx4,4*10^3\frac{m}{s}[/tex]

Satelita porusza się po orbicie kołowej wokół Ziemi.  

Działa na niego siła dośrodkowa.
Rolę siły dośrodkowej pełni siła grawitacji.

Wyprowadzamy wzór na prędkość satelity

[tex]F_d=F[/tex]

[tex]\frac{mv^2}{R}=\frac{GmM_z}{R^2}/*\frac{R}{m}[/tex]

[tex]v^2=\frac{GM_z}{R}[/tex]

[tex]v=\sqrt{\frac{GM_z}{R} }[/tex]

Satelita jest umieszczony na danej wysokości nad Ziemią, czyli

[tex]R=R_z+h[/tex]

Prędkość satelity :

[tex]v=\sqrt{\frac{GM_z}{R_z+h} }[/tex]

gdzie:

[tex]R_z=6400km=6,4*10^6m[/tex]   promień Ziemi

[tex]h=20200km=20,2*10^6m[/tex]  wysokość satelity nad Ziemią

[tex]M_z=6*10^2^4kg[/tex]   masa Ziemi

[tex]G=6,67*10^-^1^1\frac{N*m^2}{kg^2}[/tex]   stała grawitacji

Obliczamy odległość satelity od Ziemi: przy obliczeniach pamiętamy o zamianie jednostek

[tex]R=6,4*10^6m+20,2*10^6m[/tex]

[tex]R=26,6*10^6m[/tex]

Obliczamy prędkość satelity:

[tex]v=\sqrt{\frac{6,67*10^-^1^1\frac{N*m^2}{kg^2}*6*10^2^4kg }{26,6*10^6m} }[/tex]

[tex]v=\sqrt{\frac{40,02*10^1^3\frac{N*m^2}{kg} }{20,2*10^6m} }[/tex]

[tex]v=\sqrt{1,98*10^7\frac{N*m^2}{kg}*\frac{1}{m} }[/tex]

[tex]v=\sqrt{19,8*10^6\frac{kg*\frac{m}{s^2}*m }{kg} }[/tex]

[tex]v\approx4,4*10^3\frac{m}{s}[/tex]