Prędkość ucieczki
na początku 2018 roku Elon Musk trafił na nagłówki gazet, wystrzeliwując swojego Tesla Roadstera w kosmos, odtwarzając „Starman” Davida Bowiego w repeat, gdy odbywał powolną podróż przez kosmos. To był zabawny chwyt reklamowy. Ale jak Roadster dostał się w kosmos to jeszcze fajniejsza historia.
Roadster odbył swój dziewiczy rejs w kosmos na najnowszej rakiecie SpaceX, Falcon Heavy. W momencie startu Falcon Heavy był najpotężniejszą rakietą operacyjną na świecie (choć nie w historii).
Czy wiesz?,
Falcon Heavy waży prawie 1,5 miliona kilogramów!
jak wystrzelić coś w kosmos?
być może zastanawiasz się, jak trudno jest uruchomić coś tak dużego. Jak szybko musi jechać?, Co zaskakujące, uzyskanie czegokolwiek w kosmos (poza orbitą Ziemi) z powierzchni Ziemi—Falcon Heavy, Roadster, a nawet baseball—wymaga tej samej prędkości startu. Prędkość ta nazywa się prędkością ucieczki, ponieważ jest ona wystarczająca do ucieczki grawitacyjnego przyciągania Ziemi.
ale dlaczego prędkość ucieczki jest taka sama, bez względu na masę obiektu? Powodem jest to, że masa i prędkość ucieczki nie są ze sobą powiązane. Na przykład, powiedzmy, że chcesz przejechać 100 km W godzinę. Nie ma znaczenia, czy jeździsz małym samochodem, czy dużą ciężarówką transportową., Nadal trzeba jechać z prędkością 100 km / h, aby osiągnąć ten cel.
jaka jest więc dokładnie prędkość ucieczki z powierzchni Ziemi? To aż 11,2 km / s (kilometrów na sekundę). To ponad 40 000 km / h. przy tej prędkości można podróżować z Bieguna Północnego na Biegun Południowy w około 21 minut!
alert o błędnym przekonaniu
lot w kosmos a prędkość ucieczki
Większość satelitów i statków kosmicznych wysłanych w kosmos nie osiąga prędkości ucieczki!, Uważa się, że przestrzeń zaczyna się zwykle na wysokości 100 km (jest to znana jako linia Kármána). Jeśli rakieta pójdzie wystarczająco szybko i wystarczająco wysoko, aby wejść w Przestrzeń Kosmiczną, ale nie osiągnie prędkości ucieczki, wejdzie na orbitę okołoziemską. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i wiele satelitów okrążają ziemię.
Jak obliczyć prędkość ucieczki?
prędkość ucieczki zależy od wielu czynników. Cofnijmy się na chwilę., Naukowcy ustalili, że prędkość ucieczki dla dowolnego dużego obiektu (takiego jak planeta lub gwiazda) może być obliczona z następującego równania:
ve = √(2GM/r)
M w równaniu reprezentuje masę planety., Planety o większej masie są trudniejsze do ucieczki niż planety o mniejszej masie. Dzieje się tak dlatego, że im większa masa planety, tym silniejsza jest jej siła grawitacji. Na przykład, gdy oglądasz nagrania astronautów skaczących na Księżycu, wygląda to bez wysiłku. Dzieje się tak dlatego, że masa Księżyca (a tym samym jego grawitacja) jest znacznie mniejsza niż ziemska.
Czy wiesz, że?
od 2019 roku tylko 24 ludzi osiągnęło prędkość ucieczki. Były to załogi misji Apollo, które leciały na Księżyc w latach 1968-1972.,
r w równaniu reprezentuje promień, który jest odległością między centrum planety a obiektem, który próbuje uciec. Innymi słowy, Promień to odległość między centrum planety a jej powierzchnią. Gdy obiekt oddala się od planety, przyciąganie grawitacyjne planety będzie miało na nią mniejszy wpływ. Jeśli obiekt porusza się wystarczająco daleko, nie czuje prawie żadnej przyciągania. Kiedy to nastąpi, prędkość ucieczki będzie w zasadzie równa zeru!
wreszcie, G w równaniu jest stałą., W szczególności jest to uniwersalna stała grawitacji Newtona. Na chwilę obecną, wszystko, co musisz wiedzieć, to to, że potrzebujemy tej stałej, aby równanie zadziałało. G jest w przybliżeniu równa 6, 67 × 10-11 metrów3 / (kg) (sekunda)2.
teraz podajmy kilka liczb, aby określić prędkość ucieczki z powierzchni Ziemi. Dla M używamy masy Ziemi, która wynosi około 5,97 × 1024 kg.
Dla r, ponieważ obliczamy prędkość ucieczki z powierzchni Ziemi, możemy użyć promienia Ziemi, który wynosi około 6,37 × 106 m.,
możemy teraz obliczyć prędkość ucieczki dla Ziemi:
Infografika – wersja tekstowa
prędkość ucieczki równa się pierwiastek kwadratowy 2GM nad r, który równa się pierwiastek kwadratowy 2 razy 6,67 razy dziesięć do minus jedenaście razy 5,97 razy dziesięć do dwudziestu czterech ponad 6 378 000, co odpowiada około 11,2 kilometrów na sekundę.,
możesz obliczyć prędkość ucieczki z dowolnego ciała w przestrzeni, o ile znasz jego promień i masę. Na przykład, korzystając z powyższego równania, możemy obliczyć prędkość ucieczki Księżyca. Od równika Księżyc ma promień 1 738 km. Ma również szacunkową masę 7,342 × 1022 kg. Oznacza to, że prędkość ucieczki księżyca wynosi 2,38 km/s.jest to znacznie mniej niż 11,2 km / s, które zajmuje, aby wydostać się z ziemi. Być może w przyszłości rakiety będą budowane na Księżycu, a nie na Ziemi!,
Infografika – wersja tekstowa
prędkość ucieczki Marsa wynosi 4,25 km.s. prędkość ucieczki Ziemi wynosi 11,19 km/s. prędkość ucieczki Wenus wynosi 10,36 km/s. prędkość ucieczki Marsa wynosi 5,03 km/s. prędkość ucieczki Saturna wynosi 36,09 km/s. prędkość ucieczki Urana wynosi 21,38 km/s. prędkość ucieczki Neptuna wynosi 23,56 km/s. prędkość ucieczki Jowisza wynosi 60,20 km/s.,
Po raz pierwszy przyjrzeliśmy się technice rakietowej potrzebnej do wystrzelenia w kosmos Falcona Heavy ' ego (i Roadstera grającego Davida Bowiego). Musimy tylko przyspieszyć rakietę do 11,2 km/s i skierować ją w górę. Jak dobrze wiedzą naukowcy i inżynierowie z SpaceX, przyspieszenie i wycelowanie rakiet są najtrudniejsze!
Czy wiesz?
od 2019 roku najpotężniejszą rakietą kiedykolwiek stworzoną przez NASA był Saturn V. była to rakieta używana do wysyłania astronautów na Księżyc w latach 60. i 70.