Un aereo è abbastanza veloce per arrivare nello spazio? Ebbene, sfortunatamente per l'esplorazione spaziale, no, non lo è. Controlliamo con qualche calcolo.
Presupposti e definizioni
Per prima cosa, facciamo un'ipotesi: il nostro aereo sta volando nel vuoto: non c'è aria che lo rallenti. Naturalmente, questo presupposto è molto sbagliato, ma qui ci interessa solo la velocità. L'attrito dell'aria rallenta solo . Quindi, se non va nello spazio senza un'atmosfera, non lo farà neanche se aggiungiamo un'atmosfera.
Consideriamo un oggetto di riferimento in orbita attorno alla Terra alla stessa altitudine del nostro aereo. Naturalmente, possiamo trascurare la massa di e , che è di diversi ordini di grandezza inferiore alla massa della Terra.
Sia O” la velocità orbitale di O e P” sono la velocità di P . Se v P > v O , allora P si allontanerà a spirale dalla Terra e finirà nello spazio. Se, d'altra parte, v P < v O , allora P scenderà a spirale fino a quando non si arresta in modo anomalo.
Informatica O”
Dato che orbita su una traiettoria circolare, O” e r sono correlati dalla seguente formula:
v O = √ ( GM / r )
Dove G è la costante gravitazionale e M la massa dell'oggetto attorno al quale stiamo orbitando.
Nel nostro caso, stiamo orbitando attorno alla Terra e
GM = 3,99 × 10 14 m 3 s -2
Utilizzando le unità SI e approssimando 3.99 con 4, si ottiene la seguente relazione:
v O ” = 2 × 10 7 -1/2
Il raggio della Terra è compreso in , quindi dobbiamo aggiungere 6 371 km per passare dall'altitudine a r” . 6 371 km sono in realtà due ordini di grandezza più alti di qualsiasi altitudine a cui potresti volare, quindi arrotondiamolo a 6.400 km e accontentiamoci.
Quindi, per orbitare a 6400 km = 6 A 400.000 m dal centro della Terra, dovremmo andare a
v O = 2 × 10 7 -1/2 = 2 × 10 7 (6 400.000) -1/2 m / s = 2 × 10 7 / 2530 m / s = 7,9 × 10 3 m / s = 1,8 × 10 4 mph
Questa è la velocità relativa al centro della Terra, non alla sua superficie.
Così, la nostra un aereo mal modellato?
Il nostro aereo sta volando a 600 mph rispetto alla superficie. Se supponiamo di volare sopra l'equatore, possiamo raggiungere una velocità di 1600 mph rispetto al centro; è ancora un ordine di grandezza inferiore alla velocità che dobbiamo raggiungere per orbitare a un'altitudine così bassa.
v P << v O
Il nostro aereo si schianterebbe. Veloce.”
Grazie al cielo, gli aerei sono più sicuri di così. Ma come mai?
Ebbene, come abbiamo appena visto, non è la velocità dell'aereo a farlo volare. Ma abbiamo fatto un'ipotesi molto forte nella nostra sezione di apertura: abbiamo trascurato l'atmosfera.
L'aria sicuramente rallenta il nostro aereo. Ma l'abbiamo anche costruito in modo che, quando si muove nell'aria, il nostro aereo tenda a salire grazie al portanza.
Quindi abbiamo due effetti opposti, qui: l'aereo non sta andando abbastanza veloce da sfuggire all'attrazione terrestre; ma l'ascensore tira su l'aereo abbastanza forte da continuare a volare. Ma la portanza dipende, tra le altre cose, dalla densità dell'aria attorno all'aereo: più gli aerei volano, minore è la portanza. Quindi, tutto sommato, l'aereo vola in uno strato d'aria alla stessa pressione, che a sua volta segue approssimativamente la superficie della Terra.