3. Спутник летит по круговой орбите вокруг Земли с выключенными двигателями (см. рисунок). Влияние атмосферы пренебрежимо мало. С каким из указанных на рисунке векторов совпадает направление равнодействующей всех сил, приложенных к спутнику?

Решение:

К спутнику, движущемуся по круговой орбите с выключенными двигателями и в условиях отсутствия сопротивления воздуха, приложены только силы гравитационного притяжения Земли. Эта сила направлена к центру Земли.

На рисунке проиллюстрированы различные векторы сил, приложенных к спутнику:

• Векторы, направленные по касательной к орбите, представляют собой инерционную силу (или скорость, если вектор силы нулевой).
• Вектор, направленный от Земли (центробежная сила, если рассматривать в неинерциальной системе отсчета), или сила, действующая наружу.
• Вектор, направленный к центру Земли, представляет собой силу гравитационного притяжения, которая является единственной силой, действующей на спутник, и она обеспечивает центростремительное ускорение.

Равнодействующая всех сил, приложенных к спутнику, в данном случае — это сила гравитации. Она всегда направлена к центру Земли, то есть к центру круговой орбиты.

Следовательно, направление равнодействующей всех сил совпадает с вектором, направленным к центру Земли.

На рисунке, вектор 2 направлен к центру Земли. Если бы двигатели были включены, то могли бы быть другие векторы, но в данном случае они выключены.