Ubežna hitrost


    Kolikšna je oddaljenost od zemeljskega površja do točke v vesolju, kjer se telo ne približuje ali ne oddaljuje od Zemlje? Kolikšna hitrost je potrebna za izstop iz zemeljske atmosfere in kako poteka smer izstopa?  kvarkadabra.net

    Odgovor na prvo vprašanje je odvisen od tega, kaj se skriva za besedami … kjer se telo ne približuje in ne oddaljuje od Zemlje …. Če s tem mislimo, da naj telo miruje nekje daleč stran od Zemlje, zanemarimo pa vpliv ostalih nebesnih teles, je odgovor nikalen: nikoli ne moremo tako daleč, da ne bi čutili prav nobenega gravitacijskega privlaka Zemlje. Gravitacija pojema s kvadratom razdalje (če smo 2× dlje, je sila 4ךibkejša), vendar popolnoma enaka nič ni nikoli.

    Če pa upoštevamo tudi gravitacijski privlak ostalih teles, tedaj lahko najdemo točko, kjer se vsota gravitacijskih sil na telo izniči. Čeprav je telo sorazmerno blizu Zemlje, nanj ne deluje nikakršen gravitacijski privlak- telo je v breztežnem stanju. V poenostavljenem primeru, ko upoštevamo le sistem Zemlje in Lune, ki sta na enakomerni oddaljenosti, enostaven račun pokaže, da je točka z nično gravitacijo oddaljena od Zemlje za okoli devet desetin razdalje Zemlja-Luna, oziroma za 346000 km. Seveda bi morali za resen račun upoštevati vsaj še lego Sonca. Tedaj točka z nično težnostjo ne bi bila na konstantni razdalji od Zemlje, temveč bi se spreminjala, odvisno pač od relativne lege Lune in Sonca.

    Obstaja pa še druga, ravno tako zanimiva možnost, da ostane telo na enaki oddaljenosti od Zemlje in ravno tako ne čuti sile teže. Telo, ki kroži okoli Zemlje po krožnici ostaja namreč na vedno enaki višini, poleg tega pa centripetalna (sistemska) sila uravnoteži gravitacijsko. Zato astronavti v postaji Mir ne čutijo skoraj nobene sile teže. So v breztežnem stanju, čeprav so sorazmerno blizu Zemlje.

    Da lahko kroži telo tik nad Zemeljskim površjem se mora gibati s hitrostjo okoli 8 km/s. Če se telo giblje s tako hitrostjo, ne bo nikoli zadelo zemeljskega površja in bo vedno na isti višini (to je tik nad površjem, na gore in sploščenost Zemlje pa tule raje kar pozabimo). Potrebna hitrost, s katero se mora telo gibati, da kroži okoli Zemlje in ne pade nanjo, se zmanjšuje s kvadratnim korenom razdalje do središča Zemlje. Če je satelit 4× dlje od središča Zemlje, bo krožil z 2× manjšo hitrostjo. Lahko pa se, če mu podelimo tudi radialno komponento hitrosti, namesto po krožnici telo giblje po elipsi. Če mu torej hitrost povečamo (a ne preko 11 km/s), bo namesto po krožnici to telo potovalo po elipsi – torej bo spreminjalo razdaljo do zemeljskega površja, a ne bo padlo na Zemljo. Zanimiv primer je, ko telesu podelimo le radialno hitrost. Če telo izstrelimo navpično navzgor, je najmanjša hitrost, ki jo potrebuje telo, da ubeži Zemeljski gravitaciji 11 km/s. To je tako imenovana “ubežna hitrost”.

    Če bo hitrost telesa večja od 11 km/s, bo torej telo odletelo proč od Zemlje in se v primeru, da je prepuščeno samo sebi, nikoli več ne bo vrnilo na Zemljo. Nikoli se tudi ne bo popolnoma ustavilo, čeprav se bo njegova hitrost neprestano manjšala. Če hitrost preseže 30 km/s, bo to telo zapustilo tudi naše osončje.

    Istrelitev rakete Delta II 7925

    Kolikšna je hitrost, ki jo mora doseči raketa, da odleti iz zemeljskega ozračja, mi ni znano. Dejanska situacija pa je še bolj zapletena, saj raketa ne doseže svoje končne hitrosti takoj ob vzletu, ampak se pospešuje še del svoje poti skozi atmosfero (morda tudi izven atmosfere). Nekaj o velikostih hitrosti, ki jih dosegajo rakete pove podatek, da raketa Delta eno uro po izstrelitvi potuje s hitrostjo okoli 9.5 km/s. Zanimivo je tudi, da pri izstrelitvah raket skušajo poiskati mesta, ki so čim bližje ekvatorju, zato da pri izstrelitvi izkoristijo začetno hitrost vrtenja Zemlje. Na ekvatorju ta znaša okoli 460 m/s. Izstrelišče raket v ZDA Cape Canaveral je zato na Floridi, ki je najjužnejša od vseh zveznih držav.

    Nekaj strani z dodatnim branjem:
    Kennedy Space Center
    Primer izstrelitve rakete Delta

    (Tadej Mali in Jure Zupan)

    Deli