Evadare gravitațională — eliberarea dintr-o masă centrală

1 · Prezice

Un satelit este lansat lateral pe lângă o masă centrală, puțin peste viteza de evadare pentru distanța lui. Cade înapoi pe orbită, circulă pentru totdeauna sau pleacă și nu se mai întoarce?

2 · Montaj

  1. Deschide presetarea Evadare gravitațională și apasă Resetează. Notează parametrul masei centrale GM și distanța de pornire r a satelitului față de centru.
  2. Confirmă faptul că sonda de viteză este atașată satelitului — raportează viteza satelitului relativ la masa centrală, în m/s.
  3. Pentru fiecare încercare de mai jos, setează GM și distanța de lansare r la valorile listate, apasă Pornește și înregistrează viteza satelitului în momentul lansării.

3 · Colectează date

Parametrul masei centrale GM (m³/s²)Distanța de lansare r (m)Viteza de evadare v_esc (m/s)Viteza de lansare măsurată v (m/s)
40.002.80
40.004.00
60.003.00

Plotează viteza de lansare măsurată v (axa y) în funcție de viteza de evadare v_esc calculată de tine (axa x) pentru cele trei încercări. Descrie linia și estimează-i panta.

4 · Analizează

  1. Pentru fiecare rând, împarte viteza de lansare măsurată v la viteza de evadare calculată v_esc. Ce observi despre raportul acesta în toate cele trei încercări și ce îți spune un raport mai mare decât 1 despre faptul dacă satelitul evadează?
  2. Energia orbitală specifică este ε = v²/2 − GM/r. Calculează ε pentru prima ta încercare folosind viteza de lansare măsurată. Arată că este pozitivă și explică de ce un ε pozitiv înseamnă că satelitul este nelegat.

5 · Extinde

  1. Prezice ce cale ar urma satelitul dacă ar fi lansat exact la viteza de evadare (raport = 1.00) în loc de 1.08×. S-ar opri vreodată cu adevărat, și la ce distanță? Explică folosind ε.
  2. O navă spațială reală lansată de pe suprafața unei planete trebuie să urce și prin rezistența atmosferică înainte de a ajunge în spațiu. Ar face asta viteza efectiv necesară pentru evadare mai mare sau mai mică decât v_esc = √(2GM/r) ideal calculat aici? De ce?

Fizica din spatele acestui experiment

Viteza de evadare

Viteza minimă la care energia cinetică a unui corp egalează adâncimea puțului gravitațional la distanța r, astfel încât energia lui totală este exact zero și poate rula până la infinit. Oricât mai repede, evadează cu energie de prisos.

Viteza pe orbită circulară

Viteza necesară pentru a menține o orbită circulară la aceeași distanță r. Viteza de evadare este exact de √2 ori aceasta — un reper util pentru a judeca cât de departe de „a rămâne pe orbită” este fiecare lansare.

← Înapoi la experiment

Mecanică

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit