Ich hatte kürzlich ein Gespräch mit meiner Freundin, die Physikstudentin ist. Sie war so freundlich, mir zuzuhören, wie ich über eine Idee bezüglich der Fluchtgeschwindigkeit schimpfte. Leider denke ich immer noch über diese Frage nach, möchte sie aber nicht damit belästigen.
Mein Gedanke ist, dass wir eigentlich keine 11 km/s erreichen müssen, um die Schwerkraft der Erde zu verlassen. Können wir stattdessen einfach genug Kraft aufbringen, um die Schwerkraft der Erde zu überwinden, ohne diese Geschwindigkeit zu erreichen? Wie wir das machen würden, ist nicht Teil meiner Frage.
Orbitalhöhe ist Meilen. Reisen mph direkt nach oben sollte Sie dorthin bringen Stunden, vorausgesetzt, Sie haben genug Kraft zum Drücken. Ich kenne einige der einfacheren Mathematik wie , aber das hat mir nicht geholfen zu verstehen.
Ich habe einige Artikel über Weltraumaufzüge durchsucht und konnte meine Antwort nicht finden.
Dann dachte ich an einen normalen Aufzug und die Tatsache, dass er genug Kraft hat, um ihn erfolgreich von der Erde wegzubewegen. Auch wenn der Fahrstuhl angefahren ist Nanometer/s, würde es sich immer noch von der Erde entfernen und die winzige Anziehungskraft der Schwerkraft in dieser Höhe überwinden.
Wenn Sie es verpasst haben, war meine Frage: Können wir einfach genug Kraft aufbringen, um die Schwerkraft der Erde zu überwinden, ohne diese Geschwindigkeit zu erreichen?
Bearbeiten: Nehmen wir in einem anderen Beispiel an, wir könnten ein Auto von hier in eine erdnahe Umlaufbahn fahren. Solange wir genug Drehmoment hatten, sollten wir in der Lage sein, die Schwerkraft zu überwinden, ähnlich wie ein Pickup, der einen Haufen Holz zieht. Ist das korrekt?
Die Fluchtgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt bewegen muss, um der Schwerkraft eines anderen Objekts zu entkommen, ohne dass zusätzliche Kraft/Beschleunigung erforderlich ist. Die von Ihnen vorgeschlagenen Beispiele sind vollkommen gültige Möglichkeiten für Objekte, der Schwerkraft der Erde zu entkommen, ohne die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, funktionieren jedoch nur, weil eine Art Kraft das Objekt ständig nach oben drückt / zieht. Kurz gesagt, ja, wenn wir genug Drehmoment und einen Motor hätten, der genug Kraftstoff hätte, um lange genug zu laufen, um die gewünschte Höhe zu erreichen, müsste die Fluchtgeschwindigkeit niemals erreicht werden.
Ich glaube, was Sie speziell erreichen wollen, ist, ob ein Objekt, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, der Schwerkraft der Erde entkommen könnte. Die Antwort ist ja, solange Sie eine Kraft hatten, um der Schwerkraft entgegenzuwirken und dem Objekt zu ermöglichen, sich weiter nach oben zu bewegen.
Sie haben einen kleinen geschätzten Punkt über Umlaufgeschwindigkeiten verpasst.
Ein Satellit muss schnell genug um die Erde fliegen, damit er nicht zurückfällt. Die Geschwindigkeit hängt von der Höhe ab. Wenn wir als Beispiel einen GPS-Satelliten nehmen, beträgt die Höhe etwa 20.000 km vom Boden und die Umlaufgeschwindigkeit etwa 14.000 km/h. Angenommen, Sie starten vom Äquator, Ihre Geschwindigkeit aufgrund der Erdrotation beträgt 1700 km / h. Ihre Rakete muss also den Satelliten um eine Nuance über 12.000 km/h beschleunigen.
Wenn Sie nur versuchen, der Erde zu entkommen, können Sie dies so langsam tun, wie Sie möchten, da Sie nur eine Menge Arbeit leisten müssen, die dem Gravitationspotential an der Oberfläche entspricht, und Sie können dies so langsam tun, wie Sie möchten . Wenn Sie jedoch versuchen, in die Umlaufbahn zu gelangen, reicht es nicht aus, nur (langsam) auf die Umlaufbahnhöhe aufzusteigen. Sie müssen auch Ihre Orbitalgeschwindigkeit ausreichend erhöhen, um im Orbit zu bleiben.
Ja, das können wir, und genau das tun Raketen. Sie bauen Geschwindigkeit und Höhe langsam auf und bringen sie in die Umlaufbahn oder darüber hinaus, ohne unbedingt jemals die Oberflächenfluchtgeschwindigkeit von 11 km/s zu erreichen.
Die dafür erforderliche Technologie ist viel einfacher als das, was erforderlich wäre, um einen plötzlichen Sprung auf Fluchtgeschwindigkeit zu machen und dann auszurollen. (Der Luftwiderstand macht das noch einmal viel schwieriger.)
Sie haben recht mit Ihrer Vermutung, dass es möglich ist, wie würden wir sonst Treppen steigen?
Die übliche Angabe der Fluchtgeschwindigkeit bezieht sich nur auf die Gravitationsfeldstärke im mittleren Oberflächenabstand vom Massenmittelpunkt des Planeten - am Äquator - und vernachlässigt vollständig die atmosphärische Reibung und hat keinen praktischen Bezug zu unserem täglichen Leben. Dies wird bei Interkontinentalraketen berücksichtigt, aber sie können ziemlich in die dünne Atmosphäre vordringen, wo parabolische und hyperbolische Berechnungen auf der Grundlage der Fluchtgeschwindigkeit relevanter werden. Ich habe das Gefühl, dass die Fernsehprogramme der 1950er, 1960er und 70er Jahre viel zu verantworten haben, was Missverständnisse darüber und auch die Neugier der Öffentlichkeit in Bezug auf solche Angelegenheiten betrifft.
Man mag mich tadeln, wenn ich das sage, aber vielleicht ist es möglich, eine Treppe zum Himmel zu bauen. (Geostationäre Umlaufbahn) Aber denken Sie daran, Ihre eigene atmosphärische Hülle zu nehmen.
Es ist keine Mindestgeschwindigkeit erforderlich, um die Schwerkraft zu überwinden. Alles, was Sie brauchen, ist eine Unterstützungsquelle, um der Gravitationskraft Ihrer Nutzlast/Ihres Raumfahrzeugs entgegenzuwirken.
Aber denken Sie daran:
Wenn Sie ein Objekt mit sagen wir 60 Meilen pro Stunde von der Erdoberfläche anheben und es weiter von der Erde wegbewegen würden, bis es an einem Punkt ankommt, an dem die Anziehungskraft der Erde unbedeutend wird und Ihr Objekt zulässt Um an diesem Punkt zur Ruhe zu kommen, würden Sie feststellen: Die Arbeit, die Sie in das Anheben dieses Objekts investieren, würde im Wesentlichen der kinetischen Energie entsprechen, die das Objekt hätte, wenn es sich mit der Fluchtgeschwindigkeit der Erde bewegen würde. Die Tatsache, dass das Objekt nie eine signifikante Geschwindigkeit erreicht hat, verringert nicht die Menge an Arbeit, die an ihm verrichtet werden muss, um es auf eine bestimmte Höhe zu heben. Sie könnten dasselbe Objekt auf die Fluchtgeschwindigkeit der Erde beschleunigen, während es sich an (oder sehr nahe) der Erdoberfläche befindet, und (ohne den Luftwiderstand und die Auswirkungen anderer Objekte zu ignorieren) aufsteigen und sich aufgrund der Erdanziehungskraft allmählich verlangsamen.
Auch:
Wenn Sie eine Nutzlast direkt von der Erdoberfläche in den Weltraum heben könnten, was dann? Die einzige Möglichkeit, ihn am Zurückfallen zu hindern, besteht darin, ihn in eine Umlaufbahn zu bringen, was bedeutet, ihn auf eine signifikante Geschwindigkeit zu beschleunigen. Und wenn es eine niedrige Umlaufbahn ist, wird es ohnehin einen erheblichen Bruchteil der Fluchtgeschwindigkeit der Erde ausmachen.
Der Grund, warum Weltraumraketen schnell sind, besteht teilweise darin, eine Umlaufgeschwindigkeit und teilweise Effizienz zu erreichen. Da es in der Luft oder im Weltraum nicht viel zu "gegen" zu schieben gibt, können Sie nur vom Triebwerksschub angetrieben werden, der während des Betriebs Treibstoff verbraucht. Je stärker er drückt (höhere Abgasgeschwindigkeit), desto effizienter kann er am Fahrzeug arbeiten. Wenn Ihre Rakete nur so viel Schub erzeugt, wie Ihr Fahrzeug wiegt, verbrennen Sie Treibstoff und kommen nirgendwo hin. Wenn Ihre Rakete doppelt so viel Schub erzeugt, wie Ihr Fahrzeug wiegt, gleicht die Hälfte des Schubs die Schwerkraft aus und die andere Hälfte beschleunigt Sie mit 1G. Wenn Ihre Rakete dreimal so viel Schub erzeugt, wie Ihr Fahrzeug wiegt, gleicht nur 1/3 ihres Schubs die Schwerkraft aus und die anderen 2/3 beschleunigen Sie mit 2G.
Heiße Licks
Oskar Bravo