Mettere in orbita
Forse la prima domanda a cui pensare è come fanno ad entrare in orbita. Proviamo un esperimento mentale che fu suggerito per la prima volta da Sir Isaac Newton stesso.
Immaginate una montagna sulla superficie terrestre che sia così grande che la sua cima sporga al di sopra dell’atmosfera terrestre (dovrebbe essere circa dieci volte più alta del monte Everest). Supponiamo che tu salga in cima a questa montagna e lanci una palla da cricket orizzontalmente verso l’esterno. La palla viene tirata dalla gravità in modo che cada a terra lungo un percorso curvo.
Immaginiamo che ora ti sforzi molto di più e che la palla viaggi molto più lontano verso l’esterno prima che colpisca il terreno.
Ora raccogli tutta la tua forza e riesci a lanciare la palla così velocemente che essa vola verso l’esterno e mentre cade, il suo percorso segue la curvatura della Terra. La palla segue questo percorso di caduta proprio intorno alla Terra. Infatti, devi abbassarti quando passa dopo aver completato un’orbita! Sei riuscito a lanciare la palla in orbita attorno alla Terra, così che ora è un satellite terrestre.
Mettere in orbita i satelliti
Mettere in orbita i satelliti comporta lo stesso tipo di azioni e idee. Prima di tutto il satellite viene messo in cima a un enorme razzo che lo porta lontano dalla Terra e su attraverso l’atmosfera. Una volta che si trova all’altezza richiesta, vengono applicate spinte laterali del razzo della giusta forza per mandare il satellite in orbita alla giusta velocità.
Se il satellite viene lanciato troppo lentamente, cadrà sulla Terra perché l’attrazione centripeta della gravità è troppo grande. Se il satellite viene lanciato troppo velocemente, uscirà dall’orbita terrestre perché l’attrazione gravitazionale non è sufficiente a fornire la forza centripeta richiesta. Con la corretta velocità di lancio il satellite continua nella sua orbita discendente intorno alla Terra.
Si tratta solo di impostare la velocità orizzontale del satellite in modo tale che l’attrazione gravitazionale della Terra (alla data altezza) lo tiri sul suo percorso orbitale.
Quando si parla di satelliti con gli alunni è molto probabile che qualcuno ponga la domanda (molto buona):
Cas: Signorina, cosa fa andare il satellite?
La risposta breve alla domanda è:
Maestra: Niente lo fa andare, va da solo.
Quando il satellite viene lanciato dal razzo vettore, una spinta del razzo agisce per lanciarlo nella direzione desiderata alla velocità prescritta. Il punto cruciale da capire qui è che il satellite accelera solo per il tempo in cui la spinta del razzo agisce. Una volta che il motore a razzo viene spento, il satellite continua alla velocità finale raggiunta, senza accelerare né rallentare, e l’attrazione gravitazionale della Terra tira continuamente il satellite dentro e lungo il suo percorso orbitale. In questo senso, il satellite continua ad andare da solo.
Se il satellite si muovesse nello spazio vuoto rimarrebbe nella sua orbita per sempre, non essendoci forze che agiscono per accelerarlo o rallentarlo. In realtà i satelliti terrestri in orbita bassa non viaggiano nello spazio vuoto e quindi sperimentano una forza resistiva o resistenza dovuta alla sottile atmosfera che incontrano. In tali circostanze, sono necessarie occasionali spinte di razzi per mantenere il movimento del satellite, altrimenti cadrà sulla Terra.