落ちながら、地球を回る
地球に引かれる物体を横へ進ませると、落ちる先がずれていきます。横向きの速さを変え、衝突・周回・離脱を比べる実験です。
まず試す「時間を1進める」を押してください。
見るところ金の点の道筋と、地球へ向く矢印を見ます。
条件を変える
同じ高さの円軌道の速さを1とします。
この模型の時間。秒や月の日数ではありません。
いま、何が起きた?
ひとことで
周回は、重力がなくなった状態ではなく、落下の向きが変わり続ける運動です。
なぜそうなる?
横向きの速さがないと、物体は地球へ落ちます。横へ十分に進むと、地球の丸みに沿って落ち続ける軌道になります。速すぎる場合は、重力に引かれても戻ってこない軌道になります。
ことばを確認する
- 円軌道
- 中心から同じ距離を保って回る道筋。
- 脱出速度
- それ以上押さなくても、遠方へ離れていける境目の速さ。
詳しい計算と、この模型の限界
計算方法
GM=1、出発距離r₀=1、地球半径R=0.1。初期位置(1,0)、速度(0,k)。加速度 a=−r/|r|³。4次Runge–Kutta法で積分し、地表で終了。比エネルギー ε=k²/2−1、脱出境界k=√2。
ここでは分からないこと
距離・時間は規格化した模型の値です。地球の大きさと出発距離は実際の月とは異なります。月の予報や探査機の設計には使えません。太陽の重力、地球の運動、大気、潮汐は含みません。枠を越えても即離脱とせず、離脱はエネルギーで判定します。
出典・記事とのつながり
しくみの確認に使用した資料です。架空データや模型の値は、この教材用に設計しています。
NASA: Gravity & Mechanics ↗