Ci vuole un certo livello di velocità affinché un oggetto raggiunga l'orbita attorno a un corpo celeste come la Terra. Ci vuole una velocità ancora maggiore per liberarsi da un'orbita del genere. Quando gli astrofisici progettano razzi per viaggiare su altri pianeti, o fuori dal sistema solare, usano la velocità di rotazione della Terra per accelerare i razzi e lanciarli oltre la portata della gravità terrestre. La velocità richiesta per liberarsi da un'orbita è nota come velocità di fuga.
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- Che cos'è la velocità di fuga?
- Come funziona la velocità di fuga?
- Come si calcola la velocità di fuga?
- Qual è la velocità di fuga della Terra?
- Qual è la differenza tra velocità di fuga e velocità orbitale?
- Vuoi saperne di più sull'esplorazione spaziale?
- Scopri di più sulla MasterClass di Chris Hadfield
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Che cos'è la velocità di fuga?
La velocità di fuga, come si applica alla scienza missilistica e ai viaggi spaziali, è la velocità richiesta a un oggetto (come un razzo) per sfuggire all'orbita gravitazionale di un corpo celeste (come un pianeta o una stella).
Come funziona la velocità di fuga?
Proprio come la velocità orbitale, la velocità di fuga varia in base alla distanza di un oggetto dal centro di gravità. In termini pratici, maggiore è l'altitudine del razzo sopra la Terra, minore sarà la velocità richiesta per:
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- Orbita della Terra
- Sfuggi del tutto al campo gravitazionale della Terra
Una ragione per cui i satelliti per le comunicazioni possono orbitare attorno alla terra senza consumare costantemente energia è che sussistono a un'altitudine di miglia sopra la Terra. Al contrario, un aereo commerciale, che vola molto più vicino alla superficie del pianeta, deve esercitare costantemente energia per rimanere in cielo. Con questo stesso principio, ci vuole relativamente meno energia per un razzo lontano dalla superficie terrestre per raggiungere la velocità di fuga di quanto farebbe se il razzo volasse vicino alla terra.
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Come si calcola la velocità di fuga?
La velocità di fuga è una funzione della velocità orbitale di un oggetto. Se prendi la velocità necessaria per mantenere l'orbita a una data altitudine e la moltiplichi per la radice quadrata di 2 (che è approssimativamente 1,414), otterrai la velocità necessaria per sfuggire all'orbita e il campo gravitazionale che controlla quell'orbita.
Nel contesto dell'esplorazione umana dello spazio, considera un'astronave attualmente in orbita attorno alla terra. Se accende il motore abbastanza a lungo, alla fine andrà abbastanza veloce da volare via nello spazio profondo, sfuggendo alla gravità del pianeta. Quella velocità, chiamata velocità di fuga, è semplicemente la radice quadrata di 2, o il 41 percento più veloce della velocità orbitale.
Qual è la velocità di fuga della Terra?
In termini teorici, la velocità di fuga sulla superficie della Terra è di 11,2 km al secondo (6,96 miglia al secondo). La velocità di fuga sulla superficie della luna è di circa 2,4 km al secondo (1,49 miglia al secondo).
Nell'applicazione pratica, questi numeri non sono molto importanti. I razzi non sfuggono alla gravità terrestre lanciandosi direttamente dalla superficie. Piuttosto, gli ingegneri astronomici prima mandano questi razzi in orbita e poi usano la velocità orbitale come una fionda per spingere un razzo alla sua velocità di fuga necessaria. Inoltre, le velocità di fuga sopra elencate non tengono conto della resistenza atmosferica, che di fatto aumenterebbe la velocità necessaria per sfuggire al campo gravitazionale del pianeta. Questo è un motivo in più per cui gli scienziati missilistici hanno prima messo in orbita la navicella spaziale prima di puntare alla velocità di fuga.
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Visualizza classeLa velocità orbitale è la velocità richiesta per raggiungere l'orbita attorno a un corpo celeste, come un pianeta o una stella, mentre la velocità di fuga è la velocità richiesta per lasciare quell'orbita. Il mantenimento della velocità orbitale richiede di viaggiare a una velocità sostenuta che:
- Allinea con la velocità di rotazione del corpo celeste
- È abbastanza veloce da contrastare la forza di gravità che spinge l'oggetto orbitante verso la superficie del corpo body
La velocità orbitale è resa possibile dalla superficie curva di un pianeta, stella o altro corpo celeste. Un oggetto orbitante tende a muoversi in linea retta, mentre il corpo orbitante si curva. In quanto tale, la curvatura costante del corpo orbitante impedisce all'oggetto orbitante di cadere fino in superficie, a condizione che l'oggetto orbitante mantenga la velocità corretta.
Nello spazio è più facile mantenere una velocità costante che sulla terra, grazie al principio di inerzia. Una delle leggi di inerzia di Sir Isaac Newton afferma che un oggetto in movimento tende a rimanere in movimento a meno che non venga azionato da una forza esterna. All'interno dell'atmosfera terrestre, un oggetto volante incontra molte molecole d'aria, che cumulativamente rallentano la velocità di quell'oggetto mentre vola attraverso il cielo. Mentre viaggi oltre l'atmosfera terrestre, l'aria diventa più vacua, con meno molecole per contrastare la velocità in avanti di un oggetto in orbita.
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