同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的異同的討論

何兆訓(xùn)

中圖分類號：G633.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-1578（2018）24-0255-01

同步衛(wèi)星是運(yùn)行周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同的人造地球衛(wèi)星，它與地球保持相對靜止，總是位于赤道的正上方；近地衛(wèi)星是指軌道在地球表面附近的衛(wèi)星，計(jì)算時(shí)軌道半徑可近似取地球半徑；赤道物體是靜止在地球赤道的表面上，隨地球自轉(zhuǎn)而繞地軸做勻速圓周運(yùn)動，與地球相對靜止。衛(wèi)星運(yùn)動知識是天體運(yùn)動中的重點(diǎn)內(nèi)容，在試題中經(jīng)常出現(xiàn)一些相關(guān)知識的考查，由于學(xué)生對這類問題掌握不徹底，導(dǎo)致在解決這類問題時(shí)往往出現(xiàn)混淆知識概念的情況。為此針對同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體運(yùn)動知識的異同做一探討，對比三者的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。

1.同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的相同點(diǎn)

（1）三者都在繞地軸做勻速圓周運(yùn)動，向心力都與地球的萬有引力有關(guān)。

（2）同步衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行周期相同：T=24h。

（3）近地衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行軌道半徑相同：r=R0（R0為地球半徑）。

2.同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的不同點(diǎn)

2.1 軌道半徑不同：如圖所示，同步衛(wèi)星的軌道半徑r同=R0+h，h為同步衛(wèi)星離地面的高度，大約為36000千米，近地衛(wèi)星與赤道物體的軌道半徑近似相同，都是R0，半徑大小關(guān)系為：r同>r近>r赤。

2.2 向心力不同：同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的向心力完全由地球?qū)λ鼈兊娜f有引力來提供，赤道物體的向心力由萬有引力的一個(gè)分力來提供，萬有引力的另一個(gè)分力提供赤道物體的重力。

2.3 向心加速度不同：由GMmr2=ma得：a=GMr2，又r同>r近，所以：a同<近；由mr4π2T2=ma得：a=4π2T2r，又r同>r赤，所以：a同>a赤；向心加速度的大小關(guān)系為：a近>a同>a赤。

2.4 周期不同：近地衛(wèi)星的周期由mg=mR04π2T2得：T=2πR0g=84min；同步衛(wèi)星和赤道物體的周期都為24h，周期的大小關(guān)系為：T同=T赤>T近。

2.5 線速度不同：由GMmr2=mv2r得：v=GMr，又r同>r近，所以：v同r赤得：v同>v赤，故線速度的大小關(guān)系為：v近>v同>v赤。

2.6 角速度不同：由GMmr2=mrω2得：ω=GMr3，又r同>r近，所以：ω同<ω近；由T同=T赤得：ω同<ω赤，從而角速度的大小關(guān)系為：ω同=ω赤<ω赤。

注意：比較三者的向心加速度、線速度、角速度的大小時(shí)一定要區(qū)分清楚赤道物體的，因?yàn)樗南蛐牧Σ皇侨f有引力的全部，所以不能由a=GMr2、v=GMr、ω=GMr3比較赤道物體的向心加速度、線速度、角速度的大小。

以上對同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的概念和異同做了詳細(xì)的探討，希望讀者通過本文能更加清晰的掌握這三者的關(guān)系。只有掌握了這三者的關(guān)系才能準(zhǔn)確無誤的解決這類問題。而這三者中最容易混淆的就是赤道物體，它的向心力不完全是由萬有引力提供，是萬有引力的一個(gè)分力，這點(diǎn)知識一定要鬧記在心。