Dostávají se na oběžnou dráhu
Možná první otázka, nad kterou je třeba se zamyslet, je, jak se na oběžnou dráhu vůbec dostanou. Zkusme myšlenkový experiment, který jako první navrhl sám sir Isaac Newton.
Představte si horu na zemském povrchu, která je tak velká, že její vrchol vyčnívá nad zemskou atmosféru (musela by být asi desetkrát vyšší než Mount Everest). Předpokládejme, že vylezete na vrchol této hory a hodíte kriketový míček vodorovně směrem ven. Míček je přitahován gravitací, takže padá k zemi po zakřivené dráze.
Předpokládejme, že se nyní snažíte mnohem více a míček urazí mnohem větší vzdálenost směrem ven, než dopadne na zem.
Nyní seberete veškerou svou sílu a podaří se vám hodit míček tak rychle, že vyletí ven a při pádu jeho dráha sleduje zakřivení Země. Míč sleduje tuto dráhu pádu přímo kolem Země. Ve skutečnosti se musíte přikrčit, jakmile proletí kolem vás po dokončení jednoho oběhu! Podařilo se ti vyhodit míč na oběžnou dráhu kolem Země, takže je z něj nyní družice Země.
Vyvádění družic na oběžnou dráhu
Vyvádění družic na oběžnou dráhu zahrnuje stejné druhy činností a myšlenek. Nejprve je družice umístěna na vrchol obrovské rakety, která ji vynese pryč od Země a vzhůru atmosférou. Jakmile je družice v požadované výšce, použijí se boční tahy rakety o správné síle, aby se družice dostala na oběžnou dráhu správnou rychlostí.
Je-li družice vyhozena příliš pomalu, spadne na Zemi, protože dostředivá síla gravitace je příliš velká. Je-li družice vyhozena příliš rychle, unikne z oběžné dráhy Země, protože gravitační přitažlivost není dostatečná k zajištění potřebné dostředivé síly. Při správné rychlosti vypuštění družice pokračuje ve svém pádu po oběžné dráze kolem Země.
Jde jen o to nastavit takovou horizontální rychlost družice, aby ji gravitační síla Země (v dané výšce) přitahovala na její oběžné dráze.
Při rozhovoru o družicích se žáky je dost pravděpodobné, že někdo položí (velmi dobrou) otázku:
Kas:
Krátká odpověď na otázku zní:
Učitel: Co udržuje družici v pohybu?
Při startu družice z nosné rakety působí tah rakety, který ji vymrští předepsanou rychlostí požadovaným směrem. Rozhodující je zde pochopit, že družice zrychluje pouze po dobu, po kterou působí tah rakety. Po vypnutí raketového motoru družice pokračuje v dosažené konečné rychlosti, nezrychluje ani nezpomaluje a gravitační přitažlivost Země ji neustále přitahuje na její dráhu a podél ní. V tomto smyslu družice prostě pokračuje sama.
Pokud by se družice pohybovala prázdným prostorem, zůstala by na své oběžné dráze navždy, protože by na ni nepůsobily žádné síly, které by ji zrychlovaly nebo zpomalovaly. Ve skutečnosti se družice na nízkých oběžných drahách Země nepohybují prázdným prostorem, a tak na ně působí odporová síla neboli odpor v důsledku řídké atmosféry, s níž se setkávají. Za těchto okolností jsou k udržení pohybu družice nutné občasné tahy raket, jinak družice spadne na Zemi.
.