La sonda solare Parker si è appena guadagnata il titolo di oggetto artificiale che si muove più velocemente. Lanciato dalla NASA lo scorso agosto, questo veicolo spaziale robotico è attualmente molto, molto vicino al Sole, in procinto di sondare la corona esterna della nostra stella locale.
OK, so che hai delle domande. Fammi saltare subito dentro.
Quanto velocemente sta andando?
Secondo la NASA, la sua velocità attuale è di 153.545 mph (o 68,6 chilometri al secondo). Ma in realtà, questo significa solo super veloce., È quasi impossibile immaginare qualcosa di così veloce quando la roba artificiale più veloce sulla Terra è forse un proiettile di pistola a rotaia a circa 2,52 km / s. Ciò significa che la sonda solare Parker sta viaggiando ad una velocità che è 27 volte più veloce della cosa più veloce che abbiamo quaggiù. Zoom veloce.
Cosa c’entra questo con la velocità della luce?
Naturalmente, la luce è ancora più veloce. La luce ha una velocità di circa 3 x 108 m / s (300.000 km/s). Ma che importanza ha?, Non è possibile ottenere un oggetto fino a (o superiore) alla velocità della luce. Perché? Iniziamo con un esempio. Supponiamo di avere una forza di 1 Newton e spingere su un oggetto a riposo con una massa di 1 kg per 1 secondo (sto usando numeri facili). Il principio della quantità di moto dice che la quantità di moto è il prodotto di massa e velocità. Inoltre, la forza applicata a un oggetto ci dice il tasso di cambiamento della quantità di moto. Ciò significa che una forza di 1 Newton per 1 secondo dà un CAMBIAMENTO di quantità di moto di 1 kg*m/s (la parte di cambiamento è importante).
Questo funziona principalmente per velocità super alte., Il principio di momentum funziona ancora finché si utilizza una migliore definizione di momentum. Dovrebbe assomigliare a questo (in una dimensione).
In questa espressione, il p è momentum (don non chiedere perché) e la c rappresenta la velocità della luce. Si noti che man mano che la velocità si avvicina alla velocità della luce, si ottiene un aumento molto minore della velocità per la stessa forza., In effetti, se la velocità fosse uguale alla velocità della luce, staresti dividendo per zero, il che è generalmente una cosa negativa.
Solo per essere chiari, non ci sono due modelli per momentum. Puoi sempre usare la versione più complicata di momentum. Prova questo: Calcola la quantità di moto di una palla da baseball con una massa di 0,142 kg e una velocità di 35 m/s. Prima fallo con la semplice formula di massa per velocità e ottieni 497 kg*m/s. Ora provalo con la formula più complicata. Indovina un po’? Si ottiene la stessa cosa. Raccomando di usare la formula semplice quando possibile.,
Quanto è veloce la sonda solare Parker rispetto alla velocità della luce? Se si divide la velocità della sonda per la velocità della luce si ottiene 0,00023. In realtà, possiamo scrivere questo come 0.00023 c (dove c è la velocità della luce). È veloce, ma non è veloce alla velocità della luce.
Perché questa velocità è relativa al Sole?
Probabilmente vedrai qualcosa sulla velocità della sonda solare Parker etichettata come velocità eliocentrica. Che problema c’e’?
Sulla Terra, questo è raramente un problema., Se stai guidando la tua auto a 55 mph, tutti capiscono che stiamo misurando questa velocità rispetto al terreno stazionario. In effetti, le velocità hanno davvero senso solo se misurate rispetto a qualche frame di riferimento. Sulla Terra, il quadro di riferimento ovvio è il terreno.
Cosa succede se non si desidera utilizzare la superficie terrestre come cornice di riferimento? Immagina un agente di polizia che ti trascina nella tua auto e dice ” oh ciao, ti ho cronometrato a 67.055 mph.”Questo potrebbe davvero essere vero dal momento che la Terra non è stazionaria., Per orbitare intorno al Sole, deve viaggiare con una velocità di 67.000 mph per farlo tutto intorno al Sole in un anno. Sì, è veloce (rispetto al Sole).
Se volessi misurare la velocità della sonda solare Parker rispetto alla Terra, avresti un momento difficile perché non avresti solo un valore. Mentre la sonda si avvicina al Sole, la sonda e la Terra possono muoversi in direzioni diverse. Quindi, anche se la velocità rispetto al Sole potrebbe rimanere costante, la sua velocità rispetto alla Terra cambierebbe poiché la Terra sta girando nella sua orbita attorno al Sole.,
Se vuoi davvero impazzire, puoi usare qualche altro frame di riferimento, come il centro galattico. Ma non impazziamo.
Come fa la sonda a battere il proprio record di velocità?
La sonda andrà ancora più veloce di quanto non sia già in viaggio. La NASA proietta una velocità leggermente più veloce man mano che si avvicina al Sole nel 2024. Ma perché diventa più veloce quando è più vicino al Sole?
Ci sono due idee chiave qui. Il primo è la forza gravitazionale. Questa è una forza attraente tra il Sole e la sonda., L’entità di questa forza aumenta man mano che la distanza tra loro diminuisce. Oh, non ti preoccupare – non puoi notare un aumento della forza gravitazionale mentre ti avvicini al suolo. Anche se hai spostato una distanza verticale di 1000 metri, questo è insignificante rispetto alle dimensioni della Terra con un raggio di 6,37 milioni di metri.
L’altra parte del problema è il movimento circolare. Immagina la sonda spaziale che viaggia in un’orbita circolare (che in realtà non è vera). Affinché un oggetto si muova in un cerchio, deve esserci una forza che lo tira verso il centro del cerchio., La grandezza di questa forza laterale è proporzionale al quadrato della velocità dell’oggetto, ma inversamente proporzionale al raggio del cerchio. Mettendo insieme la forza gravitazionale e la forza circolare richiesta, ottengo la seguente espressione per la velocità orbitale.
In questa espressione, la Ms è la massa del Sole e G è la costante gravitazionale. Ma il punto principale è che la velocità aumenta man mano che il raggio diminuisce., E ‘ solo fisica.
Compiti a casa
Se volete qualche divertente fisica compiti a casa domande, ho coperto. Ecco a te.
- Calcolare l’energia cinetica della sonda solare Parker alla sua velocità attuale (rispetto al Sole). Sì, è necessario cercare o stimare la massa della sonda.
- Supponiamo che si stavano per ottenere la sonda fino a velocità avendo un essere umano su una cyclette collegato a un generatore. L’umano può produrre 50 Watt per tutto il tempo che vuoi (forse sono due umani che si alternano). Quanto tempo ci vorrebbe per ottenere la sonda fino alla sua velocità attuale?,
- La sonda è stata nello spazio per circa 3 mesi (andiamo con 3 mesi). Supponiamo che la sonda stesse viaggiando a una velocità costante per tutto questo tempo (usa la sua velocità attuale). Creare un grafico di velocità vs tempo come misurato rispetto alla Terra. Ricorda, in 3 mesi la Terra cambia direzione.
- Quante barrette di caramelle la sonda avrebbe bisogno di “mangiare” per raggiungere la sua velocità attuale. Sì, presumo che la sonda mangi. Anche questo potrebbe essere utile.,
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