Escape Velocity

Anfang 2018 machte Elon Musk Schlagzeilen, indem er seinen Tesla Roadster in den Weltraum startete und David Bowies „Starman“ wiederholt spielte, als er seine langsame Reise durch den Weltraum unternahm. Das war ein lustiger Werbegag. Aber wie der Roadster ins All kam, ist eine noch coolere Geschichte.

Der Roadster hat eine Fahrt mit der neuesten SpaceX-Rakete, der Falcon Heavy, unternommen, als er seine Jungfernfahrt in den Weltraum unternahm. Zum Zeitpunkt des Starts war die Falcon Heavy die stärkste Einsatzrakete der Welt (wenn auch nicht in der Geschichte).

Wussten Sie schon?,

Das Falcon Heavy wiegt fast 1,5 Millionen Kilogramm!

Wie startet man etwas in den Weltraum?

Sie werden sich vielleicht Fragen darüber, wie schwer es ist, starten Sie etwas großes. Wie schnell muss es gehen?, Überraschenderweise erfordert alles, was von der Erdoberfläche in den Weltraum (jenseits der Erdumlaufbahn) gelangt—der Falcon Heavy, ein Roadster oder sogar ein Baseball—die gleiche Startgeschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit wird Fluchtgeschwindigkeit genannt, da es gerade genug Geschwindigkeit ist, um der Gravitationskraft der Erde zu entkommen.

Aber warum ist die Fluchtgeschwindigkeit gleich, unabhängig von der Masse des Objekts? Der Grund ist, dass Masse und Fluchtgeschwindigkeit nicht zusammenhängen. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie wollten 100 km in einer Stunde fahren. Es wäre egal, ob Sie ein kleines Auto oder einen großen Transportwagen fahren würden., Sie müssten immer noch mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h fahren, um dieses Ziel zu erreichen.

Was genau ist die Fluchtgeschwindigkeit von der Erdoberfläche? Es ist eine satte 11,2 km/s (Kilometer pro Sekunde). Das sind mehr als 40 000 km / h. Mit dieser Geschwindigkeit könnten Sie in etwa 21 Minuten vom Nordpol zum Südpol reisen!

Missverständnis-Alarm

Los in den Weltraum vs. Escape Velocity

die Meisten Satelliten und Raumsonden in den Weltraum geschickt nicht erreichen Fluchtgeschwindigkeit!, Der Weltraum beginnt normalerweise in einer Höhe von 100 km (dies wird als Kármán-Linie bezeichnet). Wenn eine Rakete schnell genug und hoch genug ist, um in den Weltraum einzudringen, aber keine Fluchtgeschwindigkeit erreicht, tritt sie in die Umlaufbahn um die Erde ein. Die Internationale Raumstation und viele Satelliten umkreisen die Erde.

Wie berechnet man die Fluchtgeschwindigkeit?

Fluchtgeschwindigkeit hängt von einer Reihe von Faktoren. Machen wir einen Schritt zurück für einen Moment., Wissenschaftler haben festgestellt, dass die Fluchtgeschwindigkeit für jedes große Objekt (wie einen Planeten oder Stern) aus der folgenden Gleichung berechnet werden kann:

ve = √(2GM/r)

Das M in der Gleichung repräsentiert die Masse des Planeten., Planeten mit mehr Masse sind schwerer zu entkommen als Planeten mit weniger Masse. Denn je mehr Masse ein Planet hat, desto stärker ist seine Schwerkraft. Wenn Sie zum Beispiel Aufnahmen von Astronauten sehen, die auf den Mond springen, sieht es mühelos aus. Dies liegt daran, dass die Masse des Mondes (und damit seine Schwerkraft) viel geringer ist als die der Erde.

Wussten Sie?

Ab 2019 haben nur noch 24 Menschen Fluchtgeschwindigkeit erreicht. Sie waren die Besatzungen der Apollo-Missionen, die zwischen 1968 und 1972 zum Mond flogen.,

Das r in der Gleichung repräsentiert radius, den Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Planeten und dem Objekt, das zu entkommen versucht. Mit anderen Worten, Radius ist der Abstand zwischen dem Zentrum des Planeten und seiner Oberfläche. Wenn sich ein Objekt vom Planeten entfernt, hat der Gravitationszug des Planeten weniger Einfluss darauf. Wenn sich das Objekt weit genug entfernt bewegt, fühlt es sich fast nicht anziehend an. Wenn dies geschieht, ist die Fluchtgeschwindigkeit im Grunde Null!

Schließlich ist das G in der Gleichung eine Konstante., Insbesondere ist es Newtons universelle Gravitationskonstante. Im Moment müssen Sie nur wissen, dass wir diese Konstante benötigen, damit die Gleichung funktioniert. G ist ungefähr gleich 6,67 × 10-11 Meter3 / (kg) (Sekunde) 2.

Schließen wir nun einige Zahlen an, um die Fluchtgeschwindigkeit von der Erdoberfläche zu bestimmen. Für M verwenden wir die Masse der Erde, die ungefähr 5,97 × 1024 kg beträgt.

Da wir für r die Fluchtgeschwindigkeit von der Erdoberfläche berechnen, können wir den Erdradius verwenden, der ungefähr 6, 37 × 106 m beträgt.,

Wir können jetzt die Fluchtgeschwindigkeit für die Erde berechnen:

Infografik – Text-Version

Sie können die Fluchtgeschwindigkeit von jedem Körper im Raum berechnen, solange Sie seinen Radius und seine Masse kennen. Mit der obigen Gleichung können wir beispielsweise die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes berechnen. Von seinem Äquator hat der Mond einen Radius von 1 738 km. Es hat auch eine geschätzte Masse von 7.342 × 1022 kg. Dies bedeutet, dass die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes 2.38 km/s beträgt. Das ist viel weniger als die 11.2 km/s, die es braucht, um von der Erde zu kommen. In Zukunft werden vielleicht Raketen auf dem Mond gebaut und nicht von der Erde!,

Infografik – Textversion

Wir haben einen ersten Blick auf die Raketenwissenschaft geworfen, die erforderlich ist, um den Falcon Heavy (und einen Roadster, der David Bowie spielt) in den Weltraum zu bringen. Alles, was wir tun müssen, ist die Rakete auf 11,2 km/s zu beschleunigen und nach oben zu richten. Wie die Wissenschaftler und Ingenieure von SpaceX gut wissen, sind Beschleunigung und Richten der Raketen der schwierige Teil!

Wussten Sie schon?

Ab 2019 war die stärkste Rakete, die jemals gebaut wurde, der Saturn der NASA V. Es war die Rakete, mit der Astronauten in den 1960er und 1970er Jahren zum Mond gebracht wurden.

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