Parkers Solsond fick just titeln på det snabbast rörliga konstgjorda objektet. Lanserades av NASA i augusti förra året, denna robot rymdfarkost är för närvarande mycket, mycket nära solen, på väg att sondera den yttre Korona av vår lokala stjärna.
OK, jag vet att du har frågor. Låt mig bara hoppa rakt in i det.
hur snabbt går det?
enligt NASA är dess nuvarande hastighet 153,545 mph (eller 68,6 kilometer per sekund). Men det betyder bara supersnabbt., Det är nästan omöjligt att föreställa sig något så snabbt när de snabbaste konstgjorda sakerna på jorden kanske är en järnvägspistolprojektil på cirka 2,52 km/s. det betyder att Parkers Solsond reser med en hastighet som är 27 gånger snabbare än det snabbaste vi har här nere. Zooma fort.
vad har detta att göra med ljusets hastighet?
naturligtvis är ljuset ännu snabbare. Ljuset har en hastighet av ca 3 x 108 m/s (300.000 km / s). Men varför spelar det någon roll?, Du kan inte få ett objekt upp till (eller större än) ljusets hastighet. Varför? Låt oss börja med ett exempel. Antag att jag har en kraft på 1 Newton och jag trycker på ett objekt i vila med en massa på 1 kg i 1 sekund (Jag använder enkla nummer). Momentum-principen säger att momentum är produkten av massa och hastighet. Den kraft som tillämpas på ett objekt berättar också om förändringstakten i momentum. Detta innebär en 1 Newton kraft för 1 sekund ger en förändring i momentum på 1 kg * m / s (förändringsdelen är viktig).
detta fungerar oftast för superhöga hastigheter., Momentum-principen fungerar fortfarande så länge du använder en bättre definition av momentum. Det ska se ut så här (i en dimension).
i detta uttryck är p momentum (fråga inte varför) och C representerar ljusets hastighet. Observera att när hastigheten kommer närmare ljusets hastighet får du en mycket mindre ökning av hastigheten för samma kraft., Faktum är att om hastigheten var lika med ljusets hastighet skulle du dela med noll—vilket i allmänhet är en dålig sak.
för att vara tydlig finns det inte två modeller för momentum. Du kan alltid använda den mer komplicerade versionen av momentum. Prova detta: beräkna momentum för en baseball med en massa på 0,142 kg och en hastighet på 35 m/s. först gör detta med den enkla formeln för masstider hastighet och du får 497 kg*m/s. försök nu med den mer komplicerade formeln. Gissa vad? Du får samma sak. Jag rekommenderar att du använder den enkla formeln när det är möjligt.,
hur snabbt går Parkers Solsond jämfört med ljusets hastighet? Om du delar sondens hastighet med ljusets hastighet får du 0.00023. Egentligen kan vi skriva detta som 0.00023 C (där C är ljusets hastighet). Den är snabb,men den är inte snabb.
Varför är denna hastighet i förhållande till solen?
Du kommer förmodligen att se något om hastigheten på Parkers Solsond märkt som heliocentrisk hastighet. Vad är det med det?
på jorden är detta sällan ett problem., Om du kör din bil på 55 mph, förstår alla att vi mäter denna hastighet med avseende på den stationära marken. Faktum är att hastigheter bara är meningsfulla när de mäts i förhållande till någon referensram. På jorden är den uppenbara referensramen marken.
vad händer om du inte vill använda jordens yta som referensram? Föreställ dig en polis som drar dig över i din bil och säger ” Åh hej, jag klockade dig på 67.055 mph.”Det kan verkligen vara sant eftersom jorden inte är stationär., För att bana runt solen måste den resa med en hastighet på 67 000 mph för att göra det hela vägen runt solen på ett år. Ja, det är snabbt (med avseende på solen).
om du ville mäta hastigheten på Parkers Solsond med avseende på jorden, skulle du ha en tuff tid eftersom du inte bara skulle ha ett värde. När sonden rör sig närmare solen kan sonden och jorden röra sig i olika riktningar. Så även om hastigheten i förhållande till solen kunde vara konstant, skulle dess hastighet i förhållande till jorden förändras eftersom jorden vänder sig i sin omloppsbana runt solen.,
om du verkligen vill bli galen kan du använda någon annan referensram—som galactic center. Men låt oss inte bli galna.
hur bryter sonden sin egen hastighetsrekord?
sonden kommer att gå ännu snabbare än den redan reser. NASA projicerar en något snabbare hastighet eftersom den kommer närmare solen 2024. Men varför blir det snabbare när det är närmare solen?
det finns två viktiga idéer här. Den första är gravitationskraften. Detta är en attraktiv kraft mellan solen och sonden., Storleken på denna kraft ökar när avståndet mellan dem minskar. Åh, oroa dig inte—du kan inte märka en ökning av gravitationskraften när du flyttar närmare marken. Även om du flyttade ett vertikalt avstånd på 1000 meter är detta obetydligt jämfört med jordens storlek med en radie på 6,37 miljoner meter.
den andra delen av problemet är cirkelrörelse. Föreställ dig rymdsonden som reser i en cirkulär bana (vilket inte är sant). För att ett objekt ska kunna röra sig i en cirkel måste det finnas en kraft som drar den mot mitten av cirkeln., Storleken på denna sidokraft är proportionell mot kvadraten av objektets hastighet, men omvänt proportionell mot cirkelns radie. Att sätta ihop gravitationskraften och den nödvändiga cirkulära kraften får jag följande uttryck för orbitalhastigheten.
i detta uttryck är Ms solens massa och G gravitationskonstanten. Men huvudpunkten är att hastigheten ökar när radien minskar., Det är bara fysik.
läxor
om du vill ha några roliga fysik läxor frågor, jag har du omfattas. Varsågod.
- beräkna den kinetiska energin hos Parkers Solsond vid dess nuvarande hastighet (med avseende på solen). Ja, du måste leta upp eller uppskatta sondens massa.
- Antag att du skulle få sonden fart genom att ha en människa på en stationär cykel ansluten till en generator. Människan kan producera 50 watt så länge du vill (kanske är det två människor som vänder sig). Hur lång tid tar det att få sonden upp till sin nuvarande hastighet?,
- sonden har varit i rymden i ca 3 månader (låt oss gå med 3 månader). Antag att sonden färdades med konstant hastighet hela tiden (använd sin nuvarande hastighet). Skapa en plot av hastighet vs tid mätt i förhållande till jorden. Kom ihåg att om 3 månader ändrar jorden riktning.
- hur många godis barer skulle sonden måste ”äta” för att komma till sin nuvarande hastighet. Ja, jag antar att sonden äter. Det här kan också vara användbart.,
mer stora Trådbundna berättelser
- Jeff Bezos vill att vi alla ska lämna jorden—för gott
- så mycket genetisk testning, så få människor att förklara det för dig
- dessa magiska solglasögon blockerar alla skärmar runt dig
- allt du behöver veta om online konspirationsteorier
- /li>
- våra 25 favoritfunktioner från de senaste 25 åren
- letar du efter mer? Anmäl dig till vårt dagliga nyhetsbrev och missa aldrig våra senaste och bästa historier