Satelit tidak disokong oleh apa-apa; graviti menariknya ke bawah sepanjang masa. Yang mengekalkannya dalam orbit ialah laju pada arah sisi. Graviti membekalkan daya memusat yang membengkokkan gerakan garis lurusnya menjadi bulatan.
Bayangkan membaling bola secara mengufuk. Semakin laju anda membalingnya, semakin jauh ia bergerak sebelum mendarat. Jika anda boleh membalingnya cukup laju, permukaan tanah akan melengkung menjauh di bawahnya sepantas ia jatuh, dan ia tidak akan mendarat, ia akan mengorbit. Satelit hanya bergerak pada laju itu, tinggi di atas udara supaya tiada apa yang memperlahankannya.
Pada orbit lebih rendah tarikan lebih kuat, jadi satelit mesti bergerak lebih laju; lebih tinggi ia bergerak lebih perlahan. Satelit geopegun mengorbit pada ketinggian yang tepat untuk mengelilingi sekali sehari, kekal di atas tempat yang sama, berguna untuk komunikasi di Malaysia.
Dalam SPM, anda patut menerangkan orbit menggunakan graviti sebagai daya memusat.
Salah faham biasa
- Satelit kekal di atas kerana tiada graviti setinggi itu -> Graviti itulah yang membekalkan daya memusat yang mengekalkannya dalam orbit.
- Satelit perlu enjinnya menyala sepanjang masa untuk kekal di atas -> Setelah dalam orbit di atas udara, ia meluncur; graviti sahaja membengkokkan laluannya.
- Semua satelit mengorbit pada laju yang sama -> Orbit lebih rendah memerlukan laju lebih tinggi; orbit lebih tinggi lebih perlahan.
Fizik di sebaliknya
Satelit dalam orbit bulat tidak disokong oleh apa-apa; graviti menariknya ke arah Bumi sepanjang masa. Tarikan graviti itulah daya memusat yang membengkokkan laluannya menjadi bulatan.
Menyamakan daya graviti dengan daya memusat memberi GMm/r² = mv²/r, dan jisim satelit m terbatal, meninggalkan laju orbit v = √(GM/r), dengan G ialah pemalar graviti, M ialah jisim Bumi dan r ialah jarak dari pusat Bumi.
Bagi orbit rendah, dengan mengambil GM = 3.99 × 10¹⁴ m³ s⁻² dan r = 6.77 × 10⁶ m, lajunya ialah v = √(3.99 × 10¹⁴ ÷ 6.77 × 10⁶) = √(5.89 × 10⁷) ≈ 7.68 × 10³ m s⁻¹, kira-kira 7.7 km s⁻¹.
Kerana m terbatal, satelit berat dan satelit ringan pada ketinggian sama mengorbit pada laju yang sama. Orbit lebih rendah mempunyai r lebih kecil, jadi laju yang diperlukan lebih tinggi; orbit lebih tinggi memerlukan laju lebih rendah.
Lihat dalam kehidupan harian
Newton menggambarkannya dengan meriam di puncak gunung yang sangat tinggi. Tembak bola meriam dengan perlahan dan ia jatuh ke tanah berhampiran.
Tembak lebih laju dan ia mendarat lebih jauh, laluannya melengkung ketika jatuh. Tembak cukup laju dan tanah melengkung menjauh di bawahnya tepat sepantas bola itu jatuh, jadi ia tidak pernah mendarat, ia mengelilingi Bumi.
Satelit melakukan tepat itu, bergerak begitu laju ke sisi sehingga ia terus jatuh mengelilingi planet, tinggi di atas udara supaya tiada apa yang memperlahankannya.
Ini prinsip yang sama yang anda rasai apabila memusingkan bola pada tali dalam bulatan: tarikan ke dalam oleh tali ialah daya memusat, dan graviti memainkan peranan itu bagi satelit.
Satelit komunikasi dan cuaca di atas Malaysia bergantung pada ini. Satelit geopegun diletakkan pada satu ketinggian yang tepat, di mana kala orbitnya tepat 24 jam, jadi ia mengelilingi sekali sehari dan kekal di atas titik yang sama di khatulistiwa, membolehkan antena piring menghala ke satu tempat di langit.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2 ini diperiksa dengan kata perintah seperti Terangkan, Nyatakan dan kadangkala Hitung. Anda mungkin diminta menerangkan apa yang membekalkan daya memusat bagi satelit, dengan jawapan yang diharapkan ialah daya graviti Bumi.
Pengiraan lazim memberi anda jejari orbit dan meminta laju atau kala menggunakan graviti sebagai daya memusat, GMm/r² = mv²/r, jadi jejaki unit: r dalam meter, v dalam m s⁻¹.
Soalan kerap membandingkan satelit orbit rendah dengan satelit geopegun, meminta anda menyatakan mengapa satelit geopegun mesti berada pada ketinggian tertentu dan di atas khatulistiwa. Topik ini terletak dalam bab graviti di sebelah hukum kegravitian sejagat Newton, kekuatan medan graviti dan hukum ketiga Kepler, T² berkadaran dengan r³.
Berhati-hati untuk menerangkan, bukan sekadar mengatakan: nyatakan bahawa satelit berada dalam jatuh bebas dan graviti sentiasa mengubah arahnya, membekalkan pecutan memusat yang mengekalkannya bergerak dalam bulatan.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)