Elliptische Umlaufbahn

Satelliten 1. Teil

Welche der beiden Kraftkomponenten ändert den Betrag und welche die Richtung der Satellitengeschwindigkeit? Auf welcher Strecke wird der Satellit schneller, auf welcher langsamer? 

Die Tangentialkomponente der Gravitationskraft ändert den Betrag der Bahngeschwindigkeit, die Normalkomponente ändert ihre Richtung. Im Bahnbereich A - B - C - D ist die Tangentialkomponente der Gravitationskraft gleichgerichtet mit der Bahngeschwindigkeit des Satelliten; der Betrag der Bahngeschwindigkeit wird in diesem Bereich größer. Im Bereich D - E - F - A ist die Tangentialkomponente der Gravitationskraft der Bahngeschwindigkeit des Satelliten entgegengerichtet; der Betrag der Bahngeschwindigkeit wird hier kleiner. In der Position A (erdfernster Punkt) ist die Geschwindigkeit am kleinsten, in der Position D (erdnächster Punkt) am größten. 
Quelle

Frage: Warum bewirkt eine kleine Kraft im erdfernsten Punkt genau die gleiche Bahnkrümmung wie eine viel größere im erdnächsten Punkt?
Antwort: Die Ursache hierfür liegt in den unterschiedlichen Bahngeschwindigkeiten. Für die Zentripetalkraft, die in unserem Fall durch die Gravitationskraft aufgebracht wir gilt:

Ist also z.B. die Bahngeschwindigkeit in D zweimal so groß wie in A, so bewirkt eine Kraft die in D viermal so groß
ist wie in A hier die gleiche Krümmung.

In einem antriebslos die Erde umkreisenden Raumfahrzeug herrscht nur scheinbar Schwerelosigkeit. Denn auch hier ist die Gravitation noch wirksam. Wäre das nicht der Fall, würde das Raumfahrzeug auf gerader Bahn ins All fliegen. 
Für einen Körper auf einer Erdumlaufbahn scheint die Schwerkraft aufgehoben. Misst man sein Gewicht, d. h. die Kraft mit der er senkrecht zur Erdoberfläche gezogen wird, mit einer Waage, so scheint er gewichtslos zu sein. Der Grund dafür ist, dass beide Objekte – der Körper und die Waage – in gleicher Weise fallen.

Beispiele

http://www.abteigym-seckau.ac.at/physik/Service/Mechanik/Gravitation/Fluchtgeschwindigkeit/Fluchtgeschwindigkeit.htm

In welcher Höhe über dem Äquator muss ein Wettersatellit stehen, wenn er immer denselben Ausschnitt der Erdoberfläche beobachten soll? Benötigt ein Satellit über dem Erdäquator für eine Erdumrundung einen Tag, so scheint er über dem Erdboden still zu stehen (geostationärer Satellit z.B. Nachrichten- oder Wettersatelliten) Genaue Berechnung bei:  Wettersatellit (Leifiphysik)

Welche Kreisbahnen sind für Erdsatelliten überhaupt möglich?

Quelle: Leifiphysik
Wenn Erdsatelliten Kreisbahnen beschreiben sollen, dann muss der Erdmittelpunkt M (Erdschwerpunkt) zugleich Mittelpunkt dieser Kreisbahn sein (Großkreis-Bahn). Es ist nicht möglich, dass ein Satellit ständig z.B. über dem 50°-Breitenkreis fliegt.

Um die angenommene Kreisbahn zu beschreiben, müsste eine Komponente FZ von F als Zentripetalkraft für diese Kreisbahn sorgen. Die dabei zwangsläufig auftretende zweite Komponente FB würde den Satelliten senkrecht zu dieser Kreisebene beschleunigen. Die Bahn würde sich also verändern. Eine solche Veränderung findet genau dann nicht statt, wenn die Komponente FB überhaupt nicht auftritt. Dies ist der Fall, wenn FZ und F gleichgerichtet sind, der Satellit also auf einem Großkreis fliegt.


Wie würdest du diese Frage beantworten? "Was hält einen Satelliten oben?

Ein Satellit befindet sich auf einer Umlaufbahn über der Erdatmosphäre. Was ist richtig?
a) Seine Beschleunigung ist Richtung Erde gerichtet
b) Seine Nettokraft ist Null.
c) v ist konstant.
d) wenn sein Treibstoff verbraucht ist, wird er auf die Erde zurückfallen.

Links

Eine chronologische Auflistung der Geschichte der Raumfahrt und eine Zusammenfassung der wesentlichen Aufgaben der Raumfahrt von Gunther Pachatz

http://www2.biglobe.ne.jp/~norimari/science/JavaApp/e-Planet.html
Let's play with a planet!
http://www2.biglobe.ne.jp/~norimari/science/JavaApp/e-SolarSys.html
Let's make a solar system

http://www.jpl.nasa.gov/basics/bsf3-4.html

http://www.bernd-leitenberger.de/orbits.htm
Bahnen und Orbits von Satelliten

http://www.uni-mainz.de/~chracker/text/satellitentracking/04satellitenbahnen.html

Quellen:

http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph11/umwelt-technik/10_sat_bahnen/index.htm

Kosmische Geschwindigkeiten bei Leifi

http://www.physicsclassroom.com/mmedia/vectors/sat.html

E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 06.08.2003