Velocità di fuga
All’inizio del 2018, Elon Musk ha fatto notizia lanciando la sua Tesla Roadster nello spazio, interpretando “Starman” di David Bowie in ripetizione mentre faceva il suo lento viaggio attraverso lo spazio. Questa è stata una trovata pubblicitaria divertente. Ma come il Roadster è arrivato nello spazio è una storia ancora più interessante.
Il Roadster ha fatto un giro sul nuovo razzo SpaceX, il Falcon Heavy, mentre faceva il suo viaggio inaugurale nello spazio. Al momento del suo lancio, il Falcon Heavy era il razzo operativo più potente del mondo (anche se non nella storia).
Lo sapevate?,
Il Falcon Heavy pesa quasi 1,5 milioni di chilogrammi!
Come si lancia qualcosa nello spazio?
Potresti chiederti quanto sia difficile lanciare qualcosa di così grande. Quanto velocemente deve andare?, Sorprendentemente, ottenere qualcosa nello spazio profondo (oltre l’orbita terrestre) dalla superficie della Terra—il Falcon Heavy, un Roadster o anche una palla da baseball—richiede la stessa velocità di lancio. Questa velocità è chiamata velocità di fuga, poiché è appena sufficiente velocità per sfuggire all’attrazione gravitazionale della Terra.
Ma perché la velocità di fuga è la stessa, indipendentemente dalla massa dell’oggetto? La ragione è che la massa e la velocità di fuga non sono correlate. Ad esempio, diciamo che volevi guidare 100 km in un’ora. Non importa se si stesse guidando una piccola auto o un grande camion di trasporto., Si avrebbe ancora bisogno di guidare ad una velocità di 100 km/h per raggiungere questo obiettivo.
Quindi qual è esattamente la velocità di fuga dalla superficie della Terra? Si tratta di un enorme 11,2 km / s (chilometri al secondo). Questo è più di 40 000 km / h. A quella velocità, potresti viaggiare dal Polo Nord al Polo Sud in circa 21 minuti!
Avviso di equivoco
Andare nello spazio contro la velocità di fuga
La maggior parte dei satelliti e dei veicoli spaziali inviati nello spazio non raggiungono la velocità di fuga!, Lo spazio è solitamente considerato iniziare ad un’altitudine di 100 km (questa è conosciuta come la linea Kármán). Se un razzo va abbastanza veloce e abbastanza alto per entrare nello spazio, ma non raggiunge la velocità di fuga, entrerà in orbita intorno alla Terra. La Stazione Spaziale Internazionale e molti satelliti orbitano intorno alla Terra.
Come si calcola la velocità di fuga?
La velocità di fuga dipende da una serie di fattori. Facciamo un passo indietro per un momento., Gli scienziati hanno determinato che la velocità di fuga per qualsiasi oggetto di grandi dimensioni (come un pianeta o una stella) può essere calcolata con la seguente equazione:
ve = √(2GM/r)
La M nell’equazione rappresenta la massa del pianeta., I pianeti con più massa sono più difficili da sfuggire rispetto ai pianeti con meno massa. Questo perché più massa ha un pianeta, più forte è la sua forza di gravità. Ad esempio, quando guardi filmati di astronauti che saltano sulla Luna, sembra senza sforzo. Questo perché la massa della Luna (e quindi la sua gravità) è molto inferiore a quella della Terra.
Lo sapevate?
A partire dal 2019, solo 24 esseri umani hanno mai raggiunto la velocità di fuga. Erano gli equipaggi delle missioni Apollo che volarono sulla Luna tra il 1968 e il 1972.,
La r nell’equazione rappresenta il raggio, che è la distanza tra il centro del pianeta e l’oggetto che sta cercando di fuggire. In altre parole, il raggio è la distanza tra il centro del pianeta e la sua superficie. Quando un oggetto si allontana dal pianeta, l’attrazione gravitazionale del pianeta avrà meno influenza su di esso. Se l’oggetto si muove abbastanza lontano, non si sente quasi nessuna attrazione. Quando ciò accade, la velocità di fuga sarà fondamentalmente zero!
Infine, il G nell’equazione è una costante., In particolare, è la costante universale di gravità di Newton. Per il momento, tutto quello che devi sapere è che abbiamo bisogno di questa costante per far funzionare l’equazione. G è approssimativamente uguale a 6,67 × 10-11 metri3 / (kg) (secondo) 2.
Ora, inseriamo alcuni numeri per determinare la velocità di fuga dalla superficie della Terra. Per M, usiamo la massa della Terra, che è di circa 5,97 × 1024 kg.
Per r, poiché stiamo calcolando la velocità di fuga dalla superficie della Terra, possiamo usare il raggio della Terra, che è di circa 6,37 × 106 m.,
Ora possiamo calcolare la velocità di fuga per la Terra:
Infographic – Text Version
La velocità di fuga è uguale alle radici quadrate di 2GM su r che è uguale alla radice quadrata di 2 volte 6,67 volte dieci a meno undici volte 5,97 volte dieci a ventiquattro oltre 6 378 000, che equivale a circa 11,2 chilometri al secondo.,
Puoi calcolare la velocità di fuga da qualsiasi corpo nello spazio purché tu conosca il suo raggio e la sua massa. Ad esempio, usando l’equazione sopra, possiamo calcolare la velocità di fuga della Luna. Dal suo equatore, la Luna ha un raggio di 1 738 km. Ha anche una massa stimata di 7.342 × 1022 kg. Ciò significa che la velocità di fuga della Luna è di 2,38 km/s. Questo è molto inferiore agli 11,2 km / s necessari per scendere dalla Terra. In futuro, forse i razzi saranno costruiti e decolleranno dalla Luna piuttosto che dalla Terra!,
La velocità di fuga di Marte è di 4,25 km.s. La velocità di fuga della Terra è 11.19 km/s. La velocità di fuga di Venere è 10.36 km/s. La velocità di fuga di Marte è 5.03 km/s. La velocità di fuga di Saturno è 36.09 km/s. La velocità di fuga di Urano è 21.38 km/s. La velocità di fuga di Nettuno è 23.56 km/s. La velocità di fuga di Giove è 60.20 km/s.,
Abbiamo dato una prima occhiata alla scienza missilistica necessaria per portare il Falcon Heavy (e un Roadster che interpreta David Bowie) nello spazio. Tutto quello che dobbiamo fare è accelerare il razzo a 11,2 km/s e puntarlo verso l’alto. Come gli scienziati e gli ingegneri di SpaceX sanno bene, l’accelerazione e il puntamento dei razzi sono la parte difficile!
Lo sapevate?
A partire dal 2019, il razzo più potente mai realizzato è stato Saturn V della NASA. Era il razzo usato per portare gli astronauti sulla Luna negli anni ’60 e’ 70.