Космические скорости
Любой предмет, будучи подброшенным вверх, рано или поздно оказывается на земной поверхности, будь то камень, лист бумаги или простое перышко. В то же время, спутник, запущенный в космос полвека назад, космическая станция или Луна продолжают вращаться по своим орбитам, словно на них вовсе не действует сила притяжения нашей планеты. Почему так происходит?
На нашей Земле всемирное тяготение воздействует на любое материальное тело. Тогда логично будет предположить, что есть некая сила, нейтрализующая действие гравитации. Эту силу принято называть центробежной.
Центробежную силу легко ощутить привязав на один конец нитки небольшой груз и раскрутив его по окружности. При этом чем больше скорость вращения тем сильнее натяжение нити, а чем медленнее вращаем мы груз тем больше вероятность, что он упадет вниз.
Траектория полета космических кораблей
Таким образом мы вплотную приблизились к понятию «космическая скорость». Простыми словами — это скорость, позволяющая любому объекту преодолеть тяготение небесного тела и их системы. Космические скорости используются для характеристики типа движения космического аппарата в сфере действия небесных тел: Солнца, Земли и Луны, других планет и их естественных спутников, а также астероидов и комет.
Это также значит, что космическая скорость есть у каждого объекта, который движется по орбите. Размер и форма орбиты космического объекта зависят от величины и направления скорости, которую данный объект получил на момент выключения двигателей, и высоты, на которой произошло данное событие.
Космическая скорость (первая v1, вторая v2, третья v3 и четвёртая v4) — это минимальная скорость, при которой какое-либо тело в свободном движении сможет:
- v1 — стать спутником небесного тела (то есть способность вращаться по орбите вокруг небесного тела и не падать на его поверхность);
- v2 — преодолеть гравитационное притяжение небесного тела и начать двигаться по параболической орбите;
- v3 — покинуть при запуске планету, преодолев притяжение Звезды;
- v4 — при запуске из планетной системы объект покинул Галактику.
Космические скорости могут быть рассчитаны для любого удаления от центра Земли. Однако в космонавтике часто используются величины, рассчитанные конкретно для поверхности шаровой однородной модели Земли радиусом 6371 км.
Первая космическая скорость
Первая космическая скорость или Круговая скорость V1 — скорость, которую необходимо придать объекту без двигателя, пренебрегая сопротивлением атмосферы и вращением планеты, чтобы вывести его на круговую орбиту с радиусом, равным радиусу планеты.
Иными словами, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.
Формула
где G — гравитационная постоянная (6,67259·10−11 м³·кг−1·с−2), — первая космическая скорость. Подставляя численные значения (для Земли M = 5,97·1024 кг, R = 6 378 км), найдем
7,9 км/с
Первую космическую скорость можно определить через ускорение свободного падения —
Вторая космическая скорость
Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала относительно массы небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела.
Предполагается, что после приобретения телом этой скорости оно не получает негравитационного ускорения (двигатель выключен, атмосфера отсутствует).
Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела, поэтому она своя для каждого небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой:
- для Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с. Тело, имеющее около Земли такую скорость, покидает окрестности Земли и становится спутником Солнца.
- для Солнца вторая космическая скорость составляет 617,7 км/с.
- для Луны скорость убегания равна 2,4 км/с , несмотря на то, что в действительности для удаления тела на бесконечность с поверхности Луны необходимо преодолеть притяжение Земли, Солнца и Галактики.
Параболической вторая космическая скорость называется потому, что тела, имеющие вторую космическую скорость, движутся по параболе.
Формула
Для получения формулы второй космической скорости удобно обратить задачу — спросить, какую скорость получит тело на поверхности планеты, если будет падать на неё из бесконечности. Очевидно, что это именно та скорость, которую надо придать телу на поверхности планеты, чтобы вывести его за пределы её гравитационного влияния .
Третья космическая скорость
Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы.
Только на космических кораблях, которым доступны такие скорости, принципиально могут быть осуществлены пилотируемые межзвёздные перелёты к планетным системам других звёзд.
Взлетая с поверхности Земли и наилучшим образом используя орбитальное движение планеты космический аппарат может достичь третей космической скорости уже при 16,6 км/с относительно Земли, а при старте с Земли в самом неблагоприятном направлении его необходимо разогнать до 72,8 км/с.
Здесь для расчёта предполагается, что космический аппарат приобретает эту скорость сразу на поверхности Земли и после этого не получает негравитационного ускорения (двигатели выключены и сопротивление атмосферы отсутствует). Если к тому же учесть притяжение других планет, которое может как ускорить, так и притормозить аппарат, то диапазон возможных значений 3-й космической скорости станет еще больше.
При наиболее энергетически выгодном старте скорость объекта должна быть сонаправлена скорости орбитального движения Земли вокруг Солнца. Орбита такого аппарата в Солнечной системе представляет собой параболу.
Четвёртая и пятая космическая скорости
Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение галактики Млечный Путь. Она используется довольно редко.
Четвёртая космическая скорость не постоянна для всех точек Галактики, а зависит от расстояния до центральной массы.
Для нашей галактики таковой является объект Стрелец A*, сверхмассивная чёрная дыра.
По грубым предварительным расчётам в районе нашего Солнца четвёртая космическая скорость составляет около 550 км/с. Значение сильно зависит не только (и не столько) от расстояния до центра галактики, а от распределения масс вещества по Галактике, о которых пока нет точных данных, ввиду того что видимая материя составляет лишь малую часть общей гравитирующей массы, а все остальное — скрытая масса.
Ещё реже в некоторых источниках встречается понятие «пятая космическая скорость». Это скорость, позволяющая добраться до иной планеты звездной системы вне зависимости от разности плоскостей эклиптики планет. Например, для Солнечной системы и, конкретно, для Земли, чтобы орбита межпланетного перелета была перпендикулярной к земной орбите, нужна скорость запуска 43,6 километра в секунду.
Видео
Источник
С какой скоростью метеорит падает на землю
Содержание статьи
- С какой скоростью метеорит падает на землю
- В каком году и где упал Тунгусский метеорит
- Как рассчитать скорость падения
Любое небесное тело, превышающее по размерам космическую пыль, но уступающее астероиду, называют метеороидом. Попавший в земную атмосферу метеороид именуется метеором, а упавший на земную поверхность – метеоритом.
Скорость движения в космосе
Скорость метеороидных тел, движущихся в космическом пространстве, может быть различной, но в любом случае она превышает вторую космическую скорость, равную 11,2 км/с. Такая скорость позволяет телу преодолевать гравитационное притяжение планеты, но она присуща лишь тем метеорным телам, которые родились в Солнечной системе. Для метеороидов, которые прилетают извне, характерны и более высокие скорости.
Минимальная скорость метеорного тела при встрече с планетой Земля определяется тем, как соотносятся направления движения обоих тел. Минимальная сопоставима со скоростью движения Земли по орбите – около 30 км/с. Это относится к тем метеороидам, которые движутся в том де направлении, что и Земля, как бы догоняя ее. Таких метеорных тел большинство, ведь метеороиды возникли из того же вращающегося протопланетного облака, что и Земля, следовательно, должны двигаться в том же направлении.
Если метеороид движется навстречу Земле, то его скорость прибавляется к орбитальной и потому оказывается более высокой. Скорость тел из метеорного потока под названием Персеиды, через который Земля каждый год проходит в августе, равна 61 км/с, а метеороиды из потока Леонид, с которым планета встречается между 14 и 21 ноября, имеют скорость 71 км/с.
Наибольшая скорость характерна для фрагментов комет, она превышает третью космическую – такую, которая позволяет телу покинуть пределы Солнечной системы – 16,5 км/с, к которой нужно прибавить и орбитальную скорость, и сделать поправки на направление движения относительно Земли.
Метеорное тело в земной атмосфере
В верхних слоях атмосферы воздух почти не препятствует движению метеора – он здесь слишком разрежен, расстояние между молекулами газа может превышать размеры среднего метеорного тела. Но в более плотных слоях атмосферы на метеор начинает воздействовать сила трения, и движение его замедляется. На высоте 10-20 км от земной поверхности тело попадает в область задержки, теряя космическую скорость и как бы зависая в воздухе.
В дальнейшем сопротивление атмосферного воздуха уравновешивается земной силой тяжести, и метеор падает на поверхность Земли подобно любому другому телу. Скорость его при этом достигает 50-150 км/с, в зависимости от массы.
Не всякий метеор достигает земной поверхности, становясь метеоритом, многие сгорают в атмосфере. Отличить метеорит об обычного камня можно по оплавленной поверхности.
Источник
Отдых, работа и развлечения
Страницы
Translate
вторник, 9 октября 2012 г.
Свободное падение человека из космоса!
Сегодня днем, около 16.00 по Киевскому времени, произошло невероятное событие — человек, поднявшись на высоту более 120000 футов на стратостате в специальной капсуле, прыгнул вниз, находясь в защитном костюме. Во время полета он развил скорость, которая превысила скорость звука! Это невероятно!
Весь мир наблюдал за смельчаком по имени Феликс, переживали за его состояние, как все пройдет и мысленно желали ему удачи. По стечению обстоятельств, я не смог присутствовать у экрана монитора за его полетом, но благодаря записям, можно просмотреть то, что мне не было доступно. С удовольствием с вами делюсь видеороликами, показывающими всю дерзость проекта и смелость его участника.
Данные ролики были подготовлены перед прыжком Феликса, который должен был состояться 9.10.2012 года, но по техническим причинам (сильный ветер) так и получилось совершить этот дерзкий полет. Немного ниже, начиная с третьего ролика, можно посмотреть реальный полет, состоявшийся 14.10.2012 года, который всколыхнул сердца миллионов людей, которые следили не отрывая глаз за маленькой точечкой, которая летит с высоты 39 км на скорости более 1000 км/час!
Из ранних новостей:
Австрийский парашютист Феликс Баумгартнер ближайшее время прыгнет с рекордной высоты из верхних слоев стратосферы, намереваясь развить сверхзвуковую скорость во время свободного падения. Прыжок в прямом эфире транслирует YouTube.
42-летний экстремал в специальном скафандре прыгнет с высоты 36 576 метров со стратостата.
Начало прыжка было запланировано на 16:00 по Киеву, однако затем его перенесли на полчаса из-за погодных условий.
Во время прыжка австрийца ждут несколько смертельных опасностей. Во-первых, в случае разгерметизации или иной неисправности скафандра стоимостью $ 200 тыс. у спортсмена может в буквальном смысле закипеть кровь.
Вторая опасность заключается в том, что первые 30 секунд падения парашютист практически не будет испытывать сопротивление воздуха, из-за чего ему трудно зафиксировать положение своего тела. Если при вхождении в атмосферу Баумгартнеру не удастся зафиксировать положение своего тела, и он будет крутиться вокруг своей оси, то совершенно точно потеряет сознание и не сможет раскрыть свой парашют на запланированной высоте.
К тому же ученым пока неизвестно, как будет реагировать тело человека на падение со сверхзвуковой скоростью, которую еще никому не удавалось развить. Баумгартнер надеется, что сведения, которые его команда соберет во время прыжка, помогут продвижению науки.
В марте австриец совершил подготовительный прыжок из стратосферы с высоты 29 км. Тогда он развил скорость 586 км / ч, падение продолжалось 3 минуты 43 секунды.
Парашютист совершил уже более 2500 прыжков с самолетов и вертолетов, а также высоких сооружений — в частности со статуи Христа Спасителя в Рио-де-Жанейро и 101-этажного небоскреба в столице Тайваня Тайбэе.
Если Баумгартнер добьется успеха, он установит сразу несколько мировых рекордов: с максимальной высоты прыжка с парашютом, длительности полета в свободном падении и максимальной скорости падения.
Первый из этих рекордов пока принадлежит американцу Джозефу Киттингеру, другие два — советскому летчику и парашютисту Евгению Андрееву.
1 ноября 1962 советский парашютист-испытатель Евгений Андреев совершил прыжок с парашютом с высоты 25,5 км, причем 24,5 км он преодолел в свободном падении с максимальной скоростью 900 километров в час. Этот рекорд был официально зафиксирован Международной авиационной федерацией (сокращенно ФАИ — от Federation Aeronautique Internationale) до сих пор является непревзойденным.
За два года до этого рекорда офицер военно-воздушных сил США Джо Киттингер совершил прыжок с высоты 31,3 км, разогнавшись в свободном падении до 988 км / ч, однако его успех не был признан ФАИ через использование им стабилизирующего парашюта.
Запись с комментариями на украинском языке. Если не очень интересно смотреть подготовку к прыжку, можно перемотать на 13 минуту, когда все начинается 🙂 Или смотреть второй ролик, который начинается с самого интересного, но без перевода.
4 комментария:
Насколько я понял, прыжок не состоялся. Читаю последние новости:
«Во вторник он был вынужден в очередной раз отложить свой феноменальный прыжок из стратосферы. Неблагоприятный ветер в районе города Розуэлл в штате Нью-Мексико помешал запуску стратостата, заполненного гелием, который должен был доставить парашютиста на высоту 36,5 км.
По данным метеорологов, теперь ближайшая возможность для старта откроется в четверг.
Стратостат Баумгартнера объемом 850 тыс. кубометров имеет очень жесткие ограничения по условиям старта. Скорость ветра от уровня моря до отметки 250 метров не должна превышать 5 км/час, иначе пластиковая оболочка баллона может порваться.
Во вторник на земле было тихо, но иногда на место старта налетали порывы сильного ветра.
Феликсу Баумгартнеру пришлось покинуть уже занятое место в гондоле стратостата, когда руководители полета приняли решение о его отсрочке.
Их вынудил к этому неожиданный порыв ветра, достигавший скорости 40 км/час, который перекрутил оболочку стратостата и прижал ее к земле.
Это могло повредить тонкую оболочку баллона, и поэтому было принято решение отложить полет.
Нынешняя относительно тихая погода в этих пустынных местах продлится еще месяц. Если возможности для старта за это время не представится, всю затею придется отложить на год.»
Очень жаль, что если в четверг будет плохая погода придется ждать еще целый год, чтобы посмотреть на великий поступок человека, который не побоялся бросить вызов всему миру.
Источник