Почему спутники не распадаются, даже если они вращаются вокруг Земли в пределах Рош Земли? - физиков.нет
Купить гитару в Москве
39 голосов
/

Мне было интересно узнать о пределе Roche и его влиянии на спутники.

Почему искусственные спутники не разрываются гравитационными приливными силами Земли? Я думаю, это из-за того, что спутники сильнее камней? Это правда?

Кроме того, предел Роша - это просто линия (очень узкая полоса) вокруг планеты или диапазон (широкая площадь поперечного сечения) расстояния вокруг планеты?

Ответы [ 6 ]

52 голосов
/

Предел Роша обозначает, насколько близко может подойти тело, скрепленное собственной гравитацией. Поскольку гравитация является единственной вещью, удерживающей объекты размером с луну, вы не найдете естественных лун ближе, чем предел Роша. [Строго говоря, предел Роша является функцией как первичного (в случае этого вопроса, Земли), так и вторичного (спутниковых) тел; Существует другой предел Роша для объектов с различной плотностью, но для простоты я буду рассматривать предел Роша как функцию только от первичного.] Например, кольца Сатурна лежат внутри своего предела Роша и могут быть осколками из спутник, который был разорван на части. Кольца состоят из мелких частиц, и каждая частица удерживается вместе молекулярными связями. Так как у них есть что-то кроме гравитации, удерживающее их вместе, они больше не разрываются на части. Точно так же искусственный спутник также удерживается вместе молекулярными связями, а не внутренней гравитацией.

Предел молекулярных связей будет разорван на части приливными силами, очевидно, намного меньше орбиты спутника, поскольку мы, на поверхности Земли, еще ближе, и мы не разорваны Кроме. Для существования этого предела вам понадобится чрезвычайно плотный объект, такой как нейтронная звезда или черная дыра. Нахождение внутри предела Роша означает, что если бы космонавт отправился в космическую прогулку без привязи, приливные силы оттащили бы их от более крупного спутника. За пределами предела Роша гравитация более крупного спутника отодвинет космонавта назад (хотя не раньше, чем у космонавта кончится воздух).

Если вы посмотрите на влияние приливов Луны на Землю, вы увидите, что океаны тянутся к Луне, но земля (относительно) неподвижна. Тот факт, что приливы составляют всего несколько метров, показывает, что Земля находится далеко за пределами предела Роша Луны (и, конечно, предел Роша Земли выходит за пределы пределов Луны, поэтому Луна достигла бы предела Роша Земли задолго до того, как Земля достигла Луна). Если бы Луна двигалась к Земле, приливы становились бы все выше и выше. Предел Лунного Роша - это точка, в которой приливы бывают настолько высокими, что вода отрывается от Земли. Земля все еще выживет немного позже этой точки, потому что кора обладает некоторой жесткостью за пределами простого гравитационного притяжения.

Относительно вашего второго вопроса: есть область, в которой приливные силы будут больше, чем внутреннее гравитационное притяжение, и область, в которой внутреннее гравитационное притяжение будет больше, чем приливные силы. Предел Роша - это граница между этими двумя регионами. Все, что находится внутри предела Роша, представляет собой первый регион, а все, что находится за пределами предела Роша, представляет собой второй.

50 голосов
/

Предел Роша применяется только к телам, которые удерживаются вместе чисто внутренним гравитационным притяжением.Компактные объекты, такие как искусственные спутники, удерживаются вместе гораздо более сильными межмолекулярными электромагнитными силами (это еще одна демонстрация того, насколько слабая гравитация сравнивается с электромагнетизмом).

Что касается вашего второго вопроса: предел Роша обычноопределяется как радиус от тела, при котором величина приливных сил точно равна силе внутреннего гравитационного притяжения меньшего тела.Конечно, величина приливных сил становится значительной при дальнейших радиусах, и поэтому расстояние, на котором приливные силы становятся значительными, является гораздо более широкой областью / диапазоном.

21 голосов
/

Предел Роша - это предел для объектов, удерживаемых вместе под действием собственной гравитации Спутники удерживаются вместе гораздо более сильными силами. Различные части спутника в конечном итоге связаны химическими связями, которые являются электромагнитными.

3 голосов
/

Чтобы добавить к другим ответам, также учтите, что искусственные спутники намного меньше, чем естественные спутники. Это означает, что разница между гравитационной силой в точке, ближайшей к планете, и точке, наиболее удаленной от планеты, намного меньше у искусственных спутников.

1 голос
/

Почему искусственные спутники не разрываются гравитационными приливными силами Земли?

Короче говоря, части спутника удерживаются вместе химическими молекулярными связями, которые являются сильными по сравнению с приливными силами, которые являются слабыми для объектов размером с искусственные спутники и гравитационные источники силы Земли.

Приливная сила - это разница в притяжении между двумя расстояниями от гравитационного источника. Для небольшого объекта, такого как естественный спутник, который находится всего в нескольких метрах, гравитация просто не сильно изменится между ближайшей и самой дальней точками, если вы не говорите об орбите нейтронной звезды или черной дыры очень близко.

Например, МКС находится в 100 м вдоль самой длинной оси. Скажем, эта ось перпендикулярна поверхности земли. Если его ближайшая точка к земле находится в 400 км от поверхности, то самая дальняя точка, следовательно, 400,1 км. Но радиус Земли составляет 5371 км, поэтому расстояние от центра (откуда "кажется" исходит сила тяжести) составляет 5771 км и 5771,1 км.

Гравитация падает на 1 / (квадрат расстояния), поэтому разница в гравитации составляет (1 / (5771 ^ 2)) / (1 / (5771.1 ^ 2)). Это разница в 3 * 10 ^ -8, или разница в 0,000003%.

Гравитация на поверхности Земли составляет 1G, что дает 1 кг массы 9,8 Н (ньютон) силы (что вы чувствуете, когда вы держите 1 кг на поверхности Земли). На высоте 400 км это будет 9,8 * 5371 / (5371 + 400)) ^ 2 = 8,4 Н. Так что, если у вас было даже 1 000 000 кг на каждом конце 100-метровой веревки на этой высоте, 1 000 000 * 8,4 Н * .000003% = 0,25 Н, то, что вы чувствуете, если бы вы собрали 25 г монет прямо сейчас. (Около 5 никелей.)

Даже человеческий волос достаточно силен, чтобы удерживать 25 г на поверхности Земли, и, кроме того, спутники не такие тяжелые и намного сильнее, чем волос.

1 голос
/

Когда я был ребенком, я также удивлялся, почему искусственные спутники в пределах предела Роша не были разорваны приливными силами.

Когда я был ребенком, я также задавался вопросом, будет ли какое-либо тело в пределах предела Роша разрушаться приливными силами, и поскольку поверхность Земли находится глубоко в пределах предела Роша, почему не все объекты на поверхности Земли, включая человеческие тела, разделенные приливными силами.

Поскольку мое тело не было разорвано приливными силами, утверждение о том, что все тела в пределах предела Рош были разорваны приливными силами, не должно быть верным. Поэтому простое утверждение о том, что все тела в пределах предела Роша разрываются приливными силами, должно быть упрощенным, как указано.

Но поскольку такие заявления были сделаны в нехудожественных источниках, казалось вероятным, что они не были полностью ложными. Поэтому я ожидал, что когда-нибудь в будущем я прочту более полное и более сложное изложение предела Роша, которое объяснит кажущиеся парадоксы.

И я сделал. В конце концов я узнал, что предел Роша - это не одно абсолютное расстояние, а варьируется в зависимости от размеров, массы и плотности больших и меньших объектов. Я также узнал, что предел Роша применяется только к объектам, которые удерживаются вместе только благодаря их внутреннему гравитационному притяжению, а не к таким объектам, как искусственные спутники или человеческие тела.

Интересно, почему предел Роша не применим к моему человеческому телу, - пример использования reductio ad absurdum , чтобы показать, что утверждение было упрощением более сложной ситуации.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...