Ich habe neulich über den Google XPrize für Weltraumreisen nachgedacht.
Um den Preis für den Bau eines Roboters zu gewinnen, der zum Mond fliegt, 500 m zurücklegt und Daten weiterleitet, hatte ich die Idee, ein winziges Schiff von der Größe einer Murmel zu bauen und es mit einer Railgun auf den Mond zu schießen.
Die Theorie besagt, dass, da die Masse des marmorgroßen Raumfahrzeugs nur einen Bruchteil der Größe eines normalen Shuttles ausmacht, es exponentiell weniger Energie benötigen sollte, um es zum Mond zu bringen.
Also, wenn Sie es richtig zielen und es mit genug Kraft schießen könnten, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen (sagen wir, es wiegt 1 Unze), könnten Sie nicht Ihr eigenes Schiff mit im Wesentlichen einem Kartoffelwerfer zum Mond schießen?
Warum funktioniert das nicht?
Der Vorteil des Starts einer großen Rakete ist folgender: Sie können Treibstoff mitführen, damit Sie die erforderliche kinetische Energie erzeugen können, um die Schwerkraft und den Luftwiderstand der Erde zu überwinden und der Gravitation des Planeten zu entkommen. Dies kann über einen langen Zeitraum oder in der Höhe in der Atmosphäre erfolgen, sodass Ihre Geschwindigkeit anfangs niedrig ist und sich dann erhöht, wenn Sie mehr Kraftstoff verbrennen. Da die Kraft des Luftwiderstands proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit und auch proportional zum Luftdruck ist, ist es viel effizienter, eine niedrige Geschwindigkeit in Bodennähe zu haben und dann die Geschwindigkeit zu erhöhen, wenn es höher ist.
Das Schießen einer Murmel ist das Gegenteil. Die maximale Geschwindigkeit erreichst du am Austrittspunkt deines Railgun-Geräts. Die Fluchtgeschwindigkeit auf Meereshöhe beträgt 11 km/s, jedoch ohne Luftwiderstandsverluste. Wenn Sie dies berücksichtigen, müssen Sie am Ausgang der Mündungs- / Schienenkanone noch schneller sein. Ein Blick auf Wikipedia sagt mir, dass die schnellsten militärischen Schienenkanonen nur 2 km / s erreichen können.
Sie haben bemerkt, dass kleinere (weniger massive) Objekte dort oben viel weniger potenzielle Energie haben würden. Und Sie kommen zu dem Schluss, dass Sie gleich zu Beginn genügend kinetische Energie abgeben und zum Mond werfen könnten. Ja, so könnte man die Schwerkraft überwinden.
Die potentielle Kraft (Schwerkraft) ist jedoch nur eine Seite der Medaille. Wenn das Objekt kleiner wird, nehmen die Oberflächenkräfte (Widerstand) quadratisch ab und werden somit relativ größer im Vergleich zu Volumenkräften wie Trägheit * und Schwerkraft, die die einzigen Kräfte waren, die Sie bemerkt haben. Und Sie würden keine Widerstandskräfte überwinden.
Dies würde zwei Effekte bedeuten. Erstens würde es eine immer schnellere Geschwindigkeit erfordern, wenn Sie die Größe verringern, da seine Trägheit im Vergleich zum Luftwiderstand schwächer ist. Aber noch schlimmer ist der Nebeneffekt des Luftwiderstands. Buchstäblich Nebenwirkungen. Ihre Murmel würde einfach weggeblasen werden. Selbst wenn Sie es in den Weltraum fliegen lassen, ist die Chance, den Mond zu treffen, gering.
Eine ähnliche Situation kann in der Bakterienwelt beobachtet werden – sie sind so klein, dass ihre Physik von Widerstandskräften dominiert wird – es gibt keine Trägheit und sie können nicht wie die Fische im Weg schwimmen.
Kyle Kanos
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