La sonda Solar Parker acaba de ganar el título del objeto artificial de más rápido movimiento. Lanzada por la NASA en agosto pasado, esta nave espacial robótica se encuentra actualmente muy, muy cerca del sol, en camino a explorar la corona exterior de nuestra estrella local.
OK, sé que tienes preguntas. Déjame ir directo al grano.
¿qué tan rápido va?
según la NASA, su velocidad actual es de 153.545 mph (o 68,6 kilómetros por segundo). Pero en realidad, eso significa súper rápido., Es casi imposible imaginar algo tan rápido cuando lo más rápido hecho por el hombre en la Tierra es quizás un proyectil de cañón de riel a unos 2.52 km / s. Eso significa que la sonda Solar Parker viaja a una velocidad que es 27 veces más rápida que la cosa más rápida que tenemos aquí abajo. Zoom rápido.
¿Qué tiene esto que ver con la velocidad de la luz?
Por supuesto, la luz es aún más rápida. La luz tiene una velocidad de aproximadamente 3 x 108 m/s (300.000 km/s). ¿Pero por qué importa eso?, No se puede conseguir un objeto hasta (o mayor que) la velocidad de la luz. ¿Por qué? Comencemos con un ejemplo. Supongamos que tengo una fuerza de 1 Newton y presiono un objeto en reposo con una masa de 1 kg durante 1 segundo (Estoy usando números fáciles). El principio del momento dice que el momento es el producto de la masa y la velocidad. Además, la fuerza aplicada a un objeto nos dice la tasa de cambio del momento. Esto significa que una fuerza de 1 Newton durante 1 segundo da un cambio en el momento de 1 kg*m/s (la parte de cambio es importante).
esto funciona principalmente para velocidades súper altas., El principio de momentum todavía funciona siempre y cuando uses una mejor definición de momentum. Debería verse así (en una dimensión).
En esta expresión, el p es el impulso (no me pregunten por qué) y la c representa la velocidad de la luz. Observe que a medida que la velocidad se acerca a la velocidad de la luz, se obtiene un aumento mucho menor en la velocidad para la misma fuerza., De hecho, si la velocidad fuera igual a la velocidad de la luz estarías dividiendo por cero, lo cual generalmente es algo malo.
solo para ser claros, no hay dos modelos Para momentum. Siempre puedes usar la versión más complicada de momentum. Pruebe esto: Calcule el momento de una pelota de béisbol con una masa de 0.142 kg y una velocidad de 35 m/s. primero haga esto con la fórmula simple de masa por velocidad y obtendrá 497 kg*m/s. Ahora inténtelo con la fórmula más complicada. ¿Adivina qué? Tú obtienes lo mismo. Recomiendo usar la fórmula simple siempre que sea posible.,
¿Qué tan rápido va la sonda Solar Parker en comparación con la velocidad de la luz? Si se divide la velocidad de la sonda por la velocidad de la luz se obtiene 0.00023. En realidad, podemos escribir esto como 0.00023 c (donde c es la velocidad de la luz). Es rápido, pero no es rápido a la velocidad de la luz.
¿por qué esta velocidad es relativa al Sol?
probablemente verá algo sobre la velocidad de la sonda Solar Parker etiquetada como la velocidad heliocéntrica. ¿Qué pasa con eso?
En la Tierra, esto rara vez es un problema., Si usted está conduciendo su coche a 55 mph, todo el mundo entiende que estamos midiendo esta velocidad con respecto a la tierra estacionaria. De hecho, las velocidades solo tienen sentido cuando se miden en relación con algún marco de referencia. En la Tierra, el marco de referencia obvio es el suelo.
¿y si no quisieras usar la superficie de la Tierra como marco de referencia? Imagina a un oficial de policía deteniéndote en tu auto y diciendo: «Oh, hola, te registré a 67,055 mph.»Eso podría ser cierto ya que la Tierra no es estacionaria., Con el fin de orbitar el Sol, tiene que viajar con una velocidad de 67.000 mph para hacer todo el camino alrededor del sol en un año. Sí, eso es rápido (con respecto al Sol).
si quisieras medir la velocidad de la sonda Solar Parker con respecto a la Tierra, lo pasarías mal porque no tendrías un solo valor. A medida que la sonda se acerca al sol, la sonda y la Tierra pueden moverse en diferentes direcciones. Así que a pesar de que la velocidad relativa al Sol podría permanecer constante, su velocidad relativa a la Tierra cambiaría ya que la Tierra está girando en su órbita alrededor del Sol.,
Si usted realmente desea conseguir un loco, puede usar algún otro marco de referencia como el centro galáctico. Pero no nos volvamos locos.
¿cómo rompe la sonda su propio récord de velocidad?
la sonda irá incluso más rápido de lo que ya está viajando. La NASA proyecta una velocidad ligeramente más rápida a medida que se acerca al sol en 2024. Pero, ¿por qué se hace más rápido cuando está más cerca del Sol?
Hay dos ideas clave aquí. La primera es la fuerza gravitacional. Esta es una fuerza de atracción entre el sol y la sonda., La magnitud de esta fuerza aumenta a medida que disminuye la distancia entre ellos. No te preocupes, no puedes notar un aumento en la fuerza gravitacional a medida que te acercas al suelo. Incluso si se movió una distancia vertical de 1000 metros, esto es insignificante en comparación con el tamaño de la tierra con un radio de 6,37 millones de metros.
la otra parte del problema es el movimiento circular. Imagine que la sonda espacial viaja en una órbita circular (lo que en realidad no es cierto). Para que un objeto se mueva en un círculo, debe haber una fuerza que tira de él hacia el centro del círculo., La magnitud de esta fuerza lateral es proporcional al cuadrado de la velocidad del objeto, pero inversamente proporcional al radio del círculo. Juntando la fuerza gravitacional y la fuerza circular requerida, obtengo la siguiente expresión para la velocidad orbital.
En esta expresión, Ms es la masa del Sol y G es la constante gravitacional. Pero el punto principal es que la velocidad aumenta a medida que disminuye el radio., Es sólo física.
tarea
Si quieres algunas preguntas divertidas de la tarea de física, te tengo cubierto. Aquí tienes.
- calcular la energía cinética de la sonda Solar Parker a su velocidad actual (con respecto al Sol). Sí, necesita buscar o estimar la masa de la sonda.
- supongamos que se va a poner la sonda al día al tener un humano en una bicicleta estacionaria conectado a un generador. El humano puede producir 50 vatios durante el tiempo que desee (tal vez sean dos humanos los que se turnan). ¿Cuánto tardaría la sonda en alcanzar su velocidad actual?,
- La sonda ha estado en el espacio durante aproximadamente 3 meses (vamos con 3 meses). Supongamos que la sonda viajaba a una velocidad constante todo este tiempo (use su velocidad actual). Cree un gráfico de velocidad VS. tiempo medido en relación con la Tierra. Recuerden, en 3 meses la Tierra cambia de dirección.
- cuántas barras de caramelo necesitaría la sonda para «comer» para llegar a su velocidad actual. Sí, asumo que la sonda come. Esto también podría ser útil.,
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