In een baan om de aarde komen
Misschien is de eerste vraag om over na te denken hoe ze in een baan om de aarde komen. Laten we een gedachte-experiment proberen dat voor het eerst door Sir Isaac Newton zelf werd voorgesteld.
Stel je een berg op het aardoppervlak voor die zo groot is dat zijn top boven de dampkring van de aarde uitsteekt (hij zou ongeveer tien keer zo hoog moeten zijn als de Mount Everest). Stel dat je naar de top van deze berg klimt en een cricketbal horizontaal naar buiten gooit. De bal wordt door de zwaartekracht zo aangetrokken dat hij langs een gebogen pad op de grond valt.
Laten we aannemen dat u nu veel harder uw best doet en dat de bal veel verder naar buiten reist voordat hij de grond raakt.
U verzamelt nu al uw kracht en slaagt erin de bal zo snel te gooien dat hij naar buiten vliegt en tijdens zijn val de kromming van de aarde volgt. De bal volgt dit vallende pad recht om de aarde. In feite moet je bukken als hij voorbij komt na het voltooien van één baan! Je bent erin geslaagd de bal in een baan om de Aarde te gooien, zodat hij nu een aardse satelliet is.
Satellieten in een baan om de Aarde brengen
Bij het in een baan om de Aarde brengen van satellieten komen dezelfde soort handelingen en ideeën kijken. Eerst wordt de satelliet bovenop een enorme raket geplaatst die hem wegvoert van de aarde en door de atmosfeer omhoog brengt. Eenmaal op de vereiste hoogte, worden zijwaartse raketstuwkrachten van precies de juiste sterkte toegepast om de satelliet met de juiste snelheid in een baan om de aarde te brengen.
Als de satelliet te langzaam wordt uitgeworpen, zal hij op aarde vallen omdat de middelpuntzoekende aantrekkingskracht van de zwaartekracht te groot is. Als de satelliet te snel wordt uitgeworpen, zal hij uit de baan van de aarde ontsnappen omdat de aantrekkingskracht van de zwaartekracht niet voldoende is om de vereiste middelpuntzoekende kracht te leveren. Bij de juiste lanceersnelheid blijft de satelliet in zijn dalende baan om de Aarde.
Het is gewoon een kwestie van de horizontale snelheid van de satelliet zo in te stellen dat de zwaartekracht van de Aarde (op de gegeven hoogte) hem op zijn baan rondtrekt.
Wanneer men met leerlingen over satellieten praat, is de kans groot dat iemand de (zeer goede) vraag zal stellen:
Cas: Juffrouw, wat houdt de satelliet gaande?
Het korte antwoord op de vraag is:
Leraar: Niets houdt het gaande, het blijft zelf gaan.
Als de satelliet van de draagraket wordt gelanceerd, werkt een raketstuwkracht om het in de gewenste richting met de voorgeschreven snelheid uit te werpen. Het cruciale punt om hier te begrijpen is dat de satelliet slechts zo lang versnelt als de stuwkracht van de raket werkt. Zodra de raketmotor is uitgeschakeld, blijft de satelliet op de uiteindelijk bereikte snelheid doorgaan, noch versnellend, noch vertragend, en de aantrekkingskracht van de aarde trekt de satelliet voortdurend in en langs zijn omloopbaan. In die zin blijft de satelliet gewoon zelf gaan.
Als de satelliet door de lege ruimte bewoog, zou hij voor altijd in zijn baan blijven, omdat er geen krachten zijn die hem versnellen of vertragen. In werkelijkheid bewegen satellieten in een lage baan om de aarde niet door de lege ruimte en ondervinden zij dus een weerstandskracht of luchtweerstand ten gevolge van de ijle atmosfeer waarmee zij in aanraking komen. In dergelijke omstandigheden zijn af en toe raketstuwkrachten nodig om de satelliet in beweging te houden, anders zal hij op de aarde vallen.