Vệ tinh ở lại trên quỹ đạo bằng cách nào?

Vệ tinh quay quanh quỹ đạo Trái Đất nhờ vào lực hấp dẫn. Tại sao vệ tinh không bị kéo vào trong và rơi xuống? Để tìm hiểu điều này, chúng ta phải hiểu những lực gì đã tác động lên vệ tinh.

[su_note class=”mau-nen-kham-pha”]

[/su_note]

Một lực sẽ thay đổi chuyển động của một vật, có thể làm tăng tốc độ của vật, làm chậm nó lại hoặc thay đổi hướng. Ví dụ, nếu bạn đang chạy và bị ai đó đẩy từ phía sau, bạn sẽ chạy nhanh hơn (lực đẩy theo hướng mà bạn chuyển động). Nhưng nếu ai đó đẩy bạn từ phía trước ngực, bạn sẽ chạy châm lại (lực theo hướng ngược chiều chuyển động). Nếu bạn đang chạy và bị ai đó đẩy từ phía bên hông, bạn sẽ bị đổi hướng chạy ra xa họ (lực theo hướng vuông góc chiều chuyển động). Khái niệm này được gọi là Định luật I Newton.

Lực đẩy – Lực kéo

Để làm một vật chuyển động theo đường tròn thì vật đó phải đang di chuyển và có một lực vuông góc với chuyển động để nó thay đổi hướng liên tục. Lực này gọi là lực hướng tâm.

Hãy tưởng tượng bạn quay tròn một cái xô gắn với sợi dây. Sự căng dây đã kéo cái xô di chuyển theo đường tròn (đây là lực vuông góc với chuyển động). Vì vậy, sự căng dây chính là lực hướng tâm. Nếu chúng ta cắt sợi dây, cái xô sẽ chuyển động tiếp tục theo đường thằng do không còn lực làm thay đổi hướng. Đối với vệ tinh, lực hướng tâm chính là lực hấp dẫn, Trái đất đã kéo vệ tinh lại. Nếu chúng ta có thể loại bỏ lực hấp dẫn, chúng ta sẽ mất tất cả vệ tinh do chúng phóng ra theo đường thẳng.

Quay trở lại ví dụ cái xô, chúng ta cần năng lượng để giữ cái xô di chuyển liên tục do nó di chuyển qua không khí và bị lực cản không khí làm mất năng lượng. Chúng ta không cần năng lượng đối với vệ tinh do chúng di chuyển trong không gian, nơi không có không khí, do đó không có sức cản không khí làm chậm chuyển động.

Nhiều người nghĩ rằng có một lực ly tâm kéo vệ tinh ra ngoài, cân bằng với lực hấp dẫn giữ vệ tinh trên quỹ đạo. Tuy nhiên, trong trường hợp này không có lực ly tâm. Hãy tưởng tượng bạn đang ngồi trên ghế sau trong chiếc xe ô tô quẹo ở góc đường. Giả sử cái ghế rất trơn và bạn không có dây an toàn, bạn sẽ bị trượt từ phía trong ra phía ngoài. Bạn có thể nói đó là do có một lực đẩy bạn hướng ra ngoài. Thực tế, lý do bạn di chuyển ra ngoài là do không có lực giữ bạn di chuyển theo vòng tròn giống như chiếc xe. Những gì bạn thực sự làm là tiếp tục di chuyển theo đường thẳng. Sau đó, bạn sẽ đụng cánh cửa và cánh cửa đẩy bạn lại theo chiều lực hướng tâm để giữ cho bạn di chuyển vòng tròn giống chiếc xe. Nếu cửa xe đã được mở, sẽ không có lực hướng tâm tạo ra và bạn sẽ tiếp tục di chuyển theo đường thẳng văng ra khỏi xe! (Đừng thử làm như vậy ở nhà nhé!)