У меня был недавний разговор с моей девушкой, которая учится на факультете физики. Она была достаточно любезна, чтобы выслушать мои разглагольствования об идее относительно скорости убегания. К сожалению, я все еще думаю над этим вопросом, но не хочу ее беспокоить.
Я думаю, что на самом деле нам не нужно достигать 11 км/сек, чтобы покинуть гравитацию Земли. Можем ли мы вместо этого просто приложить достаточно силы, чтобы преодолеть земное притяжение, не достигая такой скорости? Как мы будем это делать, не является частью моего вопроса.
Орбитальная высота миль. Путешествие миль в час прямо должно доставить вас туда в часов, если у вас достаточно силы, чтобы толкнуть. Я знаю некоторые из более простых математических операций, таких как , но это не помогло мне понять.
Я просмотрел несколько статей о космических лифтах и не смог найти ответ.
Тогда я подумал об обычном лифте и о том, что у него достаточно силы, чтобы успешно отодвинуть его от земли. Даже если лифт двинулся на нанометр в секунду, он все равно будет удаляться от Земли, преодолевая ничтожное притяжение на этой высоте.
Если вы пропустили это, мой вопрос был таков: можем ли мы просто применить достаточную силу, чтобы преодолеть земное притяжение, не достигая такой скорости?
Редактировать: в другом примере, скажем, мы могли бы вести машину отсюда на низкую околоземную орбиту. Пока у нас есть достаточный крутящий момент, мы должны быть в состоянии преодолевать гравитацию, как пикап, тянущий кучу бревен. Это верно?
Скорость убегания — это скорость, с которой объект должен двигаться, чтобы избежать гравитации другого объекта без необходимости в какой-либо дополнительной силе/ускорении. Примеры, которые вы предложили, являются вполне допустимыми способами для объектов избежать земного притяжения, не достигая космической скорости, но они работают только потому, что какая-то сила постоянно толкает / тянет объект вверх. Короче говоря, да, если бы у нас был достаточный крутящий момент и двигатель, у которого было бы достаточно топлива, чтобы работать достаточно долго, чтобы достичь желаемой высоты, тогда скорость убегания никогда не была бы достигнута.
Я полагаю, что вы конкретно пытаетесь понять, может ли объект, движущийся с постоянной скоростью, избежать земного притяжения. Ответ — да, если у вас есть сила, противодействующая гравитации и позволяющая объекту продолжать двигаться вверх.
Вы упустили один ценный момент об орбитальных скоростях.
Спутник должен двигаться вокруг Земли достаточно быстро, чтобы предотвратить его падение. Скорость зависит от высоты. Если взять в качестве примера спутник GPS, его высота составляет около 20 000 км от земли, а орбитальная скорость — около 14 000 км/час. Но если вы стартуете с экватора, ваша скорость из-за вращения Земли составит 1700 км/ч. Итак, ваша ракета должна разогнать спутник чуть больше 12 000 км/час.
Если вы просто пытаетесь сбежать с Земли, то да, вы можете делать это так медленно, как хотите, потому что вам просто нужно выполнить объем работы, равный гравитационному потенциалу на поверхности, и вы можете делать это так медленно, как хотите. . Однако, если вы пытаетесь выйти на орбиту, недостаточно просто подняться (медленно) на орбитальную высоту. Вы также должны увеличить свою орбитальную скорость настолько, чтобы оставаться на орбите.
Да, мы можем, и на самом деле это именно то, что делают ракеты. Они медленно набирают скорость и высоту, выводя их на орбиту или за ее пределы, даже не достигая при этом космической скорости 11 км/с.
Технология, необходимая для этого, намного проще, чем то, что потребовалось бы, чтобы совершить внезапный скачок до космической скорости, а затем вылететь. (Сопротивление воздуха еще больше усложняет задачу.)
Вы правы в своем предположении, что это возможно, иначе как бы мы поднимались по лестнице?
Обычная цифра, приводимая для скорости убегания, относится только к напряженности гравитационного поля на среднем расстоянии поверхности от центра масс планеты — на экваторе — и полностью игнорирует атмосферное трение и не имеет практического отношения к нашей повседневной жизни. Это учитывается применительно к межконтинентальным ракетам, но они вполне могут летать в разреженной атмосфере, где более актуальными становятся параболические и гиперболические расчеты, основанные на космической скорости. У меня есть ощущение, что телевизионные программы 1950-х, 1960-х и 70-х годов могут многое ответить на неправильные представления об этом, а также на общественный интерес к таким вопросам.
Меня могут осудить за это, но, может быть, можно построить лестницу в небо. (Геостационарная орбита) Но не забудьте взять собственную атмосферную оболочку.
Не существует минимальной скорости, необходимой для преодоления гравитации. Все, что вам нужно, это какой-то источник поддержки, чтобы противостоять силе гравитации на вашем полезном грузе / космическом корабле.
Но имейте в виду:
Если бы вы подняли объект с поверхности Земли со скоростью, скажем, 60 миль в час, и продолжали бы перемещать его от Земли до тех пор, пока он не достиг бы точки, в которой притяжение Земли становится незначительным и позволяло бы вашему объекту чтобы остановиться в этой точке, вы обнаружите: работа, которую вы затрачиваете на подъем этого объекта, по существу равна кинетической энергии, которую объект имел бы, если бы он двигался со скоростью убегания Земли. Тот факт, что объект никогда не достигал значительной скорости, не уменьшает количество работы, которую необходимо совершить над ним, чтобы поднять его на некоторую заданную высоту. Вы можете разогнать этот же объект до космической скорости Земли, пока он находится на (или очень близко) к поверхности Земли, и (игнорируя сопротивление воздуха и влияние других объектов) он будет подниматься, постепенно замедляясь из-за земного притяжения,
Также:
Если бы вы могли поднять полезную нагрузку прямо с поверхности Земли в космос, что тогда? Единственный способ удержать его от падения — вывести его на орбиту, то есть разогнать до значительной скорости. А если это низкая орбита, то она в любом случае будет составлять значительную долю скорости убегания Земли.
Причина, по которой космические ракеты летают так быстро, частично заключается в достижении орбитальной скорости, а частично в эффективности. Поскольку особо нечего толкать «против» в воздухе или космосе, вы можете получить толчок только от тяги двигателя, который потребляет топливо все время, пока он работает. Чем энергичнее он давит (выше скорость выхлопа), тем эффективнее он может воздействовать на транспортное средство. Если ваша ракета производит ровно столько тяги, сколько весит ваше транспортное средство, вы сжигаете топливо и ничего не добьетесь. Если ваша ракета производит в два раза больше тяги, чем вес вашего транспортного средства, половина тяги уравновешивает гравитацию, а другая половина ускоряет вас на 1G. Если ваша ракета производит тягу, в 3 раза превышающую вес вашего корабля, только 1/3 ее тяги уравновешивает гравитацию, а остальные 2/3 ускоряют вас на 2G.
Горячие Лики
Оскар Браво