Kiertoradalle pääseminen
Ensin on ehkä pohdittava, miten ne ylipäätään pääsevät kiertoradalle. Kokeillaanpa ajatuskokeilua, jota itse Sir Isaac Newton ehdotti ensimmäisenä.
Kuvitellaan Maan pinnalla oleva vuori, joka on niin suuri, että sen huippu työntyy Maan ilmakehän yläpuolelle (sen pitäisi olla noin kymmenen kertaa Mount Everestin korkuinen). Oletetaan, että kiipeät tämän vuoren huipulle ja heität krikettipallon vaakasuoraan ulospäin. Painovoima vetää palloa niin, että se putoaa maahan kaarevaa rataa pitkin.
Asetetaan, että yrität nyt paljon kovemmin ja pallo kulkee paljon kauemmas ulospäin ennen kuin se osuu maahan.
Keräät nyt kaikki voimasi ja onnistut heittämään pallon niin nopeasti, että se lentää ulospäin ja pudotessaan sen rata seuraa maapallon kaarevuutta. Pallo seuraa tätä putoamispolkua koko maapallon ympäri. Itse asiassa sinun on väistettävä, kun se tulee ohi yhden kierroksen jälkeen! Olet onnistunut heittämään pallon Maan kiertoradalle niin, että se on nyt Maan satelliitti.
Satelliittien asettaminen kiertoradalle
Satelliittien asettaminen kiertoradalle sisältää samantyyppisiä toimia ja ajatuksia. Ensin satelliitti asetetaan valtavan raketin päälle, joka kuljettaa sen pois Maasta ja ylös ilmakehän läpi. Kun se on tarvittavassa korkeudessa, käytetään juuri oikean vahvuisia sivusuuntaisia raketin työntövoimia satelliitin lähettämiseksi kiertoradalle oikealla nopeudella.
Jos satelliitti heitetään liian hitaasti, se putoaa Maahan, koska painovoiman aiheuttama keskipakoisvetovoima on liian suuri. Jos satelliitti heitetään ulos liian nopeasti, se karkaa Maan kiertoradalta, koska painovoiman vetovoima ei riitä tuottamaan tarvittavaa sentripetaalista voimaa. Oikealla laukaisunopeudella satelliitti jatkaa laskevalla kiertoradallaan Maan ympäri.
Satelliitin vaakasuora nopeus on vain asetettava sellaiseksi, että Maan vetovoima (tietyllä korkeudella) vetää sitä ympäri kiertoradallaan.
Keskusteltaessa oppilaiden kanssa satelliiteista on varsin todennäköistä, että joku esittää (erittäin hyvän) kysymyksen:
Cas:
Lyhyt vastaus kysymykseen on:
Opettaja:
Kun satelliitti laukaistaan kantoraketista, raketin työntövoima vaikuttaa niin, että se heitetään haluttuun suuntaan määrätyllä nopeudella. Olennaista tässä on ymmärtää, että satelliitti kiihtyy vain niin kauan kuin raketin työntövoima vaikuttaa. Kun rakettimoottori sammutetaan, satelliitti jatkaa saavutetulla lopullisella nopeudella, ei nopeudu eikä hidastu, ja Maan vetovoima vetää satelliittia jatkuvasti kiertoradalleen ja sitä pitkin. Tässä mielessä satelliitti vain jatkaa itse matkaansa.
Jos satelliitti liikkuisi tyhjän avaruuden läpi, se pysyisi ikuisesti kiertoradallaan, koska mikään voima ei vaikuttaisi sen nopeuttamiseen tai hidastamiseen. Todellisuudessa matalalla kiertoradalla olevat maan satelliitit eivät kulje tyhjän avaruuden läpi, joten ne kokevat vastusvoimaa tai vastusta, joka johtuu niiden kohtaamasta ohuesta ilmakehästä. Tällaisissa olosuhteissa tarvitaan satunnaisia raketin työntövoimia satelliitin liikkeen ylläpitämiseksi, muuten se putoaa Maahan.