Objek dalam orbit ditarik ke arah jasad yang dikelilinginya oleh graviti, dan daya itu menuju ke pusat orbit pada setiap saat. Perkara ini muncul dalam soalan tentang Bulan, planet, satelit dan komet.
Ia sebahagian daripada fizik angkasa secara keseluruhan dan menggunakan idea daripada daya dan momentum.
Mengapa orbit memerlukan daya?
Objek terus bergerak dalam garis lurus pada laju tetap melainkan daya paduan bertindak ke atasnya. Planet yang bergerak dalam bulatan tidak bergerak dalam garis lurus, jadi daya paduan mesti sedang bertindak.
Daya itu ialah graviti daripada Matahari. Ia bertindak ke arah Matahari, iaitu pusat orbit.
Halaju planet berada di sepanjang lintasan, pada sudut tepat dengan daya. Daya pada sudut tepat dengan gerakan mengubah arah tetapi tidak mengubah laju.
Bagaimanakah anda mengira laju orbit?
Bagi orbit bulatan, objek menempuh satu lilitan dalam satu tempoh orbit.
- Cari lilitan: 2πr, dengan r ialah jejari orbit.
- Letakkan jejari dalam meter dan tempoh dalam saat.
- Gunakan laju = jarak ÷ masa.
- Beri jawapan kepada bilangan angka bererti yang sesuai, dan nyatakan unit.
Graviti kuat berhampiran jisim yang besar dan lemah di tempat jauh, sebab itulah planet yang lebih dekat dengan Matahari mengorbit lebih laju daripada yang jauh. Semak sukatan pelajaran Cambridge untuk mengetahui hubungan yang perlu anda ingat dan yang diberi.
Contoh berlangkah
Sebuah planet rekaan mengorbit bintang dalam bulatan berjejari 2.0 × 1011 m. Satu orbit mengambil 1.0 × 108 s. Cari laju orbitnya, dan nyatakan arah daya ke atasnya.
Langkah 1, lilitan: 2πr = 2 × π × 2.0 × 1011 = 1.26 × 1012 m.
Langkah 2, laju: v = 1.26 × 1012 ÷ 1.0 × 108 = 1.26 × 104 m/s.
Langkah 3, jawapan kepada 2 angka bererti: kira-kira 1.3 × 104 m/s, iaitu lebih kurang 13 km/s.
Langkah 4, daya: graviti daripada bintang, menuju ke arah bintang, iaitu pusat orbit.
Semakan: 1.26 × 1012 dibahagi 1 × 108 memberi 1.26 × 104. Unitnya meter sesaat kerana jarak dalam meter dan masa dalam saat.
Kesilapan yang perlu diawasi
Kesilapan lazim ialah menyebut daya kedua yang menolak planet ke hadapan di sepanjang lintasannya.
Jawapan yang salah: “Planet terus bergerak kerana daya ke hadapannya mengimbangi graviti, jadi daya-daya itu sama.”
Jika daya-daya itu seimbang, daya paduan akan menjadi sifar dan planet akan bergerak dalam garis lurus.
Pembetulan: hanya ada satu daya, iaitu graviti, yang menuju ke pusat. Planet sudah mempunyai gerakan, dan ia tidak memerlukan daya untuk mengekalkan gerakan itu. Daya paduan ialah tarikan tidak seimbang ke arah pusat, dan ia terus membengkokkan lintasan.
Semak kendiri
Cuba soalan ini, kemudian buka setiap jawapan.
1. Nyatakan arah daya yang mengekalkan Bulan dalam orbit mengelilingi Bumi, dan namakan daya itu.
Lihat jawapan
Dayanya ialah graviti, menuju ke pusat Bumi, iaitu pusat orbit Bulan.
2. Sebuah satelit rekaan mempunyai jejari orbit 4.0 × 107 m dan tempoh 8.0 × 104 s. Kira lajunya.
Lihat jawapan
Lilitan = 2π × 4.0 × 107 = 2.51 × 108 m.
Laju = 2.51 × 108 ÷ 8.0 × 104 = 3.14 × 103 m/s, jadi kira-kira 3.1 × 103 m/s.
3. Sebuah komet bergerak pada orbit elips mengelilingi Matahari. Di manakah ia bergerak paling laju, dan mengapa?
Lihat jawapan
Ia paling laju apabila paling dekat dengan Matahari. Tarikan graviti paling kuat di situ, dan semasa menghampiri, komet memperoleh laju ketika bergerak ke arah Matahari.
Ke mana selepas ini?
Setelah arah daya jelas, teruskan ke membaca gambar rajah berskala sistem suria untuk melihat betapa besarnya orbit ini sebenarnya. Untuk membundarkan jawapan akhir dengan wajar, penjelas sempadan dan pembundaran ialah semakan yang berguna.
Sesetengah pelajar mengira dengan betul tetapi menulis penerangan yang mencipta daya tambahan. Corak itu boleh dikesan cepat oleh guru dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu.