La sonde solaire Parker vient de remporter le titre d’objet artificiel le plus rapide. Lancé par la NASA en août dernier, ce vaisseau spatial robotique est actuellement très, très proche du Soleil, en route pour sonder la couronne externe de notre étoile locale.
OK, je sais que vous avez des questions. Permettez-moi de simplement sauter à droite dans ce.
À quelle vitesse ça va?
Selon la NASA, sa vitesse actuelle est de 153 545 mph (ou 68,6 kilomètres par seconde). Mais vraiment, cela signifie juste super rapide., Il est presque impossible d’imaginer quelque chose d’aussi rapide lorsque le matériel artificiel le plus rapide sur Terre est peut-être un projectile de pistolet ferroviaire à environ 2,52 km/s. Cela signifie que la sonde solaire Parker se déplace à une vitesse 27 fois plus rapide que la chose la plus rapide que nous avons ici. Zoom rapide.
Qu’est ce que cela a à voir avec la vitesse de la lumière?
bien sûr, la lumière est encore plus rapide. La lumière a une vitesse d’environ 3 x 108 m/s (300 000 km/s). Mais pourquoi cette question?, Vous ne pouvez pas obtenir un objet (ou supérieur) à la vitesse de la lumière. Pourquoi? Commençons avec un exemple. Supposons que j’ai une force de 1 Newton et que je pousse sur un objet au repos avec une masse de 1 kg pendant 1 seconde (j’utilise des nombres faciles). Le principe de l’élan dit que l’élan est le produit de la masse et de la vitesse. De plus, la force appliquée à un objet nous indique le taux de changement d’élan. Cela signifie qu’une force de 1 Newton pendant 1 seconde donne un changement d’élan de 1 kg*m/s (la partie de changement est importante).
Cela fonctionne principalement pour des vitesses très élevées., Le principe momentum fonctionne toujours tant que vous utilisez une meilleure définition de momentum. Cela devrait ressembler à ceci (dans une dimension).
Dans cette expression, le p est la quantité de mouvement (ne me demandez pas pourquoi) et le c représente la vitesse de la lumière. Notez que lorsque la vitesse se rapproche de la vitesse de la lumière, vous obtenez une augmentation beaucoup plus faible en vitesse pour la même force., En fait, si la vitesse était égale à la vitesse de la lumière, vous diviseriez par zéro—ce qui est généralement une mauvaise chose.
Juste pour être clair, il n’y a pas deux modèles pour l’élan. Vous pouvez toujours utiliser la version plus compliquée de momentum. Essayez ceci: Calculez l’élan d’une balle de baseball avec une masse de 0,142 kg et une vitesse de 35 m/s. Faites d’abord cela avec la formule simple de masse fois vitesse et vous obtenez 497 kg*m/s. Maintenant, essayez-le avec la formule plus compliquée. Devinez quoi? Vous obtenez la même chose. Je recommande d’utiliser la formule simple chaque fois que possible.,
À quelle vitesse la sonde solaire Parker va-t-elle par rapport à la vitesse de la lumière? Si vous divisez la sonde de vitesse par la vitesse de la lumière, vous obtenez 0.00023. En fait, nous pouvons écrire cela comme 0.00023 c (où c est la vitesse de la lumière). C’est rapide, mais ce n’est pas rapide à la vitesse de la lumière.
Pourquoi cette vitesse par rapport au Soleil?
Vous verrez probablement quelque chose sur la vitesse de la sonde solaire Parker étiquetée comme la vitesse héliocentrique. Quel est le problème avec ça?
Sur la Terre, c’est rarement un problème., Si vous conduisez votre voiture à 55 mi / h, tout le monde comprend que nous mesurons cette vitesse par rapport au sol stationnaire. En fait, les vitesses n’ont vraiment de sens que lorsqu’elles sont mesurées par rapport à un cadre de référence. Sur la Terre, le cadre de référence évident est le sol.
Et si vous ne vouliez pas utiliser la surface de la Terre comme cadre de référence? Imaginez un policier vous tirant dans votre voiture et disant » oh bonjour, je vous ai chronométré à 67,055 mph. »Cela pourrait en effet être vrai puisque la Terre n’est pas stationnaire., Afin d’orbiter autour du Soleil, il doit voyager avec une vitesse de 67 000 mph pour faire tout le chemin autour du Soleil en un an. Oui, c’est rapide (par rapport au Soleil).
Si vous vouliez mesurer la vitesse de la sonde solaire Parker par rapport à la Terre, vous auriez du mal car vous n’auriez pas qu’une seule valeur. Lorsque la sonde se rapproche du Soleil, la sonde et la Terre peuvent se déplacer dans des directions différentes. Ainsi, même si la vitesse par rapport au Soleil pourrait rester constante, sa vitesse par rapport à la Terre changerait puisque la Terre tourne dans son orbite autour du Soleil.,
Si vous voulez vraiment devenir fou, vous pourriez utiliser un autre cadre de référence—comme le centre de la galaxie. Mais ne devenons pas fous.
Comment la sonde bat-elle son propre record de vitesse?
La sonde ira encore plus vite qu’elle ne voyage déjà. La NASA projette une vitesse légèrement plus rapide à mesure qu’elle se rapproche du Soleil en 2024. Mais pourquoi fait-il plus rapide quand il est plus proche du Soleil?
Il y a deux idées clés ici. Le premier est la force gravitationnelle. C’est une force attractive entre le Soleil et la sonde., L’ampleur de cette force augmente à mesure que la distance entre eux diminue. Oh, ne vous inquiétez pas—vous ne pouvez pas remarquer une augmentation de la force gravitationnelle lorsque vous vous rapprochez du sol. Même si vous avez déplacé une distance verticale de 1000 mètres, cela est insignifiant par rapport à la taille de la Terre avec un rayon de 6,37 millions de mètres.
L’autre partie du problème est le mouvement circulaire. Imaginez la sonde spatiale voyageant sur une orbite circulaire (ce qui n’est pas vrai). Pour qu’un objet se déplace dans un cercle, il doit y avoir une force le tirant vers le centre du cercle., L’amplitude de cette force latérale est proportionnelle au carré de la vitesse de l’objet, mais inversement proportionnelle au rayon du cercle. En mettant la force gravitationnelle et la force circulaire requise ensemble, j’obtiens l’expression suivante pour la vitesse orbitale.
Dans cette expression, Ms est la masse du Soleil et G est la constante gravitationnelle. Mais le point principal est que la vitesse augmente à mesure que le rayon diminue., C’est juste de la physique.
Devoirs
Si vous voulez des questions de devoirs de physique amusantes, je vous ai couvert. Ici vous allez.
- Calculez l’énergie cinétique de la Parker Solar Probe à sa vitesse actuelle (par rapport au Soleil). Oui, vous devez rechercher ou estimer la masse de la sonde.
- Supposons que vous alliez mettre la sonde à niveau en ayant un humain sur un vélo stationnaire connecté à un générateur. L’humain peut produire 50 Watts aussi longtemps que vous le souhaitez (peut-être que ce sont deux humains qui se relaient). Combien de temps faudrait-il pour amener la sonde à sa vitesse actuelle?,
- La sonde est dans l’espace depuis environ 3 mois (allons-y avec 3 mois). Supposons que la sonde se déplace à une vitesse constante tout ce temps (utilisez sa vitesse actuelle). Créez un graphique de la vitesse par rapport au temps mesuré par rapport à la Terre. Rappelez-vous, en 3 mois, la Terre change de direction.
- Combien de barres chocolatées la sonde aurait-elle besoin de « manger » pour atteindre sa vitesse actuelle. Oui, je suppose que la sonde mange. Cela pourrait être utile aussi.,
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