25k
4 года назад · 5 фото · 3644 просмотров · 50 комментариев
Спланирует или сгорит в атмосфере бумажный самолетик, сброшенный с МКС (5 фото)
Возможно, вопрос абсурдный, тем не менее, судя по статистике, им задаются довольно много интернет-пользователей. Попробуем разобраться.
Итак, представим, что кому-то пришла в голову идея сбросить бумажный самолет с МКС. Как он себя поведет?
Во-первых, запустить что-либо с МКС - не такое простое дело, как может оказаться на первый взгляд. Средняя скорость движения космической станции по орбите составляет 7,66 км/с, а высота её орбиты равна 408 км. Скорость этого объекта такова, что МСК все время находится в состоянии свободного падения и, собственно, только и делает, что падает на Землю, но из-за большой горизонтальной скорости все время промахивается мимо нашей планеты за горизонт.
И любой другой объект, сброшенный со станции, будет иметь начальную скорость + скорость которую ему придадут при броске. Если удастся бросить самолётик в противоположном направлении движению МКС, скорость его чуть уменьшится и он сможет перейти на более низкую орбиту.
Чтобы самолетик упал на Землю с МКС, необходимо, чтобы его скорость уменьшилась
на 80-90 м/с - в этом случае он снизит орбиту и окажется в верхних слоях атмосферы, что через несколько месяцев приведёт к падению. Но это, конечно, в идеале.
Чтобы самолетик упал на Землю с МКС, необходимо, чтобы его скорость уменьшилась
на 80-90 м/с - в этом случае он снизит орбиту и окажется в верхних слоях атмосферы, что через несколько месяцев приведёт к падению. Но это, конечно, в идеале.
Как заставить самолетик опуститься с МКС на Землю в течение не месяцев, а дней? Для этого нужно снизить его скорость до 7,5 км/c, то есть на 160 м/с - в этом случае, его орбита опустится до более плотных слоев атмосферы и бумажная самоделка быстро упадет на Землю. Но тут есть одно "но". На скоростях, измеряемых километрами в секунду, трение об атмосферу объекта будет таким сильным, что бумага сгорит уже на входе в плотные слои.
А что, если самолет будет не бумажным, а сделанным из пластика, металла? Удастся ли ему долететь до Земли? Заманчиво, но вряд ли, т.к. любой объект, который может гореть, в любом случае сгорит, падая через слои атмосферы. А тот, что не горит, начнет плавиться, распыляясь до мельчайших частиц. Потому судьба пластика будет аналогична судьбе бумаги, а металлический самолет просто исчезнет, распавшись на миллионы частиц. Поэтому обшивку космических кораблей делают из тугоплавких и негорючих материалов - часто это определенные виды керамики.Они отличаются очень высокой удельной теплотой плавления и низкой температурой плавления.
Эти характеристики позволяют уберечь не только аппаратуру и сохранить жизни людей внутри корабля, но и обеспечить безпроблемный его проход через слои атмосферы, во время которых он не плавится и остается в целости. Поэтому, если, чисто теоретически, сделать самолетик из керамики, сходной с обшивкой космического корабля, он сможет благополучно преодолеть слои атмосферы и вернуться на Землю. Правда, вряд ли он сумеет мягко спланировать, и скорее всего на полном ходу разобъется о поверхность нашей планеты при посадке, но это уже совсем другая история.
Эти характеристики позволяют уберечь не только аппаратуру и сохранить жизни людей внутри корабля, но и обеспечить безпроблемный его проход через слои атмосферы, во время которых он не плавится и остается в целости. Поэтому, если, чисто теоретически, сделать самолетик из керамики, сходной с обшивкой космического корабля, он сможет благополучно преодолеть слои атмосферы и вернуться на Землю. Правда, вряд ли он сумеет мягко спланировать, и скорее всего на полном ходу разобъется о поверхность нашей планеты при посадке, но это уже совсем другая история.
Думаю, тут без серьёзных расчётов не обойтись. Надо учесть вес самолётика, площадь его поверхности, динамику сопротивления воздуха на различных высотах конкретно для самолётика...
Чисто интуитивно мне представляется, что бумажный самолётик не сгорит. Более вероятно, что он будет фрагментирован (разорван) ветрами в тропосфере и достигнет поверхности в виде мелких клочков.
Хорошо, пусть спуск займет месяцы или годы, да какая разница! Пусть его бросают не с МКС, а с чуть более низкой орбиты, где плотность воздуха немного больше. Пусть его запустят с любой начальной скоростью. Вот только чтобы самолетик выпускали с гипотетической орбитальной станции (с первой космической скоростью), а тормозился он за счет редких (сначала) столкновений с молекулами воздуха. Но в итоге - можно ли подобрать условия (высота орбиты, начальная скорость, направление) так чтобы он приземлился целым и не сгорел? Я так ответ на главный вопрос поста и не увидел...
Так сгорит или нет? Где ответ?
а что если запустить самолетик с полностью остановленного объекта относительно горизонта, до вхождения в атмосферу?
По идеи он начнет вертикально ускорятся пока не коснется атмосферы и если к тому времени скорость будет слишком большой он все же сгорит, но в теории если сбросить его когда уже будет какое-то трение, то он не сможет развить слишком большую вертикальную скорость.
Сама по себе идея - Полностью остановленного объекта в космосе, является абсурдной
Может, звучит и некорректно, но само по себе - сбросить что-то из космоса на Землю с объекта, имеющего нулевую скорость "относительно горизонта" - ничего сложного и тем более абсурдного. Вертикально стартующая ракета, со скоростью намного ниже первой космической, достигает высоты 188 и более км (ФАУ-2, 1944 г), а это уже вполне космос.
"Но тут есть одно "но". На скоростях, измеряемых километрами в секунду, трение об атмосферу объекта будет таким сильным, что бумага сгорит уже на входе в плотные слои."
Автор учебник физики видел издалека, и только обложку. С какого бодуна он решил, что скорость обязательно должна оставаться высокой всегда? При такой массе и такой парусности как у самолетика объекту ничего не грозит, он будет терять скорость быстрее, чем будет нагреваться.
Вряд-ли. при снижении скорости с 8кмс до 7.999 кмс за секунду скорость снизится на 1метр в секунду. А вот потеря энергии - даже 20ти граммового самолетика при этом 160Джоуля.
Т.е. даже если самолетик будет тормозиться 1метр в секунду, т.е. будет планировать до остановки более двух часов то на высокой скорости на нем будет выделяться 160ватт мощности которые конечно же сожгут его к чертям.
Иначе бы космические аппараты спускали бы сразу на парашюте, или там на воздушном шаре.
с того что d(mv) = будет более ли менее постоянным для любого объекта в зависимости от плотности атмосферы и при скорости в 90% от первой космической ускорение падения будет порядка 1м/с^2 т.е. за 100 секунд вертикальная составляющая уже будет 100м/с. Так что рано или поздно самолетик "воткнется" в те слои атмосферы где торможение станет как минимум 1м/с за секунду или даже значительно больше. И чем быстрее падает горизонтальная скорость тем быстрее возрастает вертикальная составляющая ускорения. Это отлично видно на микрометеоритах которые оплавлены даже при размере 0.1мм.
Опять же если торможение станет не 1м/с за секунду а 10м/с за секунду то энергия выделится в 10 раз больше.
Какие-то у вас цифры адские. Давайте проверим. Итак, тело массой 5 грамм испытывает ускорение торможения в 1 м/с за секунду. Что в итоге выливается в 0.005 Дж в секунду, то есть пять тысячный ватта. Кстати, за "Опять же если торможение станет не 1м/с за секунду а 10м/с за секунду то энергия выделится в 10 раз больше." кому-то положена двойка в четверти, посмотрите таки формулу и не гоните хрень.
Вернемся к полету самолетика, итак, при торможении с ускорением 1 м/с за секунду самолетику понадобится менее двух часов, чтобы безопасно для себя погасить горизонтальную составляющую своего падения на высоте где-то в районе нижних слоев ионосферы, и дальше планировать осенним листком до самой поверхности.
Масса в кг помноженная на ускорение в м/c^2 - это сила в ньютонах, а не мощность у вас.
А вот сила в ньютонах помноженная на скорость (8000м/с) - это уже мощность.
Школьный курс физики 6-7й класс.
Пересчитайте и все станет на свои места.
И все же вам надо повторить учебник. Изменение скорости тела массой 1 кг на 1 м/с является работой и равняется физической величине - Джоулю. Далее, работа в 1 Джоуль, производимая в течении 1 секунды это уже мощность. И измеряется в Ваттах. Далее, у вас при изменении скорости тела массой 5 грамм на 1 м/с в секунду вдруг производит работу в 160 Дж.
И да, мое замечание про то, что увеличение скорости на порядок не дает изменения работы тоже на порядок вы пропустили. А зря. В общем, повторяйте учебник.
в какой из систем отсчета? Измените скорость объекта с 8000м/с до 7999м/c относительно неподвижной атмосферы. На сколько изменилась кинетическая энергия обьекта и какую работу совершила атмосфера над объектом?
Формула кинетической энергии mV*V / 2 и для тела массой 1кг летящего со скоростью 1м/с равна 0.5 дж. А вот со скоростью порядка 8000м/с это уже 32МДж. Так что боюсь это вам пора повторять учебник.
Не вертись, чем дальше, тем больше ты позоришься. Хотя бы тем, что притащил сейчас бумажный самолет на три порядка тяжелей, чем он на самом деле. Потому осетра урежь на те же три порядка. И тут окажется, что для полной остановки уже надо совержить работу объемом в 32 кДж. НО! Первая космическая скорость абсолютна, а вот "нулевая" скорость должна быть относительно поверхности Земли. Точнее относительно скорости вращения тех слоев газа, через которые объект будет проходить. И тогда мы получаем цифру ~29 кДж. Не бьются ваши цифры ни со стороны совершаемой работы, ни со стороны запасенной кинетической энергии.
Я с вами на брудершафт не пил. Каким таким макаром вы тут делаете элементарнейшие ошибки в простой математике и формулах, но при этом катите на меня балон? Я вам привел удельный рассчет на килограмм массы
Даже если взять 5 граммовый самолетик то его кинетическая энергия при 8км/с будет 160кДж, даже если взять 7км/с, это 122кДж. Этого более чем достаточно чтобы ипарить 5 грамм бумаги раз 20 (достаточно для нагрева до 20 000 градусов). Идите и учите то что вы пропустили мимо ушей в 7м классе.
Еще раз, у вас промахи в цифрах на ДВА-ТРИ порядка. Вы тупо вещаете про "скорость в 10 раз - энергии тоже в 10 раз" и еще булькаете про арифметику?
Ок - за ручку, как ребенка.
Дано:
V1 = 8000м/с
V2 = 7999м/с
M = 0.005kg
А = M(V1*V1-V2*V2)/2 = 40дж выделится на 5ти граммовом самолетике это работа стационарной атмосферы по торможению движущегося объекта.
При этом изменение момента P=M(V1-V2) будет всего 0.005 кг*м/с. Если торможение равно 1м/с*с то сила действующая на самолет будет равна 0.005Н (или пол грамма если по СГС брать). Т.е. ни при каких условиях такая атмосфера не сможет "поддерживать" свободно падающий самолет.
Если же торможение станет хотя бы с ускорением 1G, A= 400Вт, 10G, A= 4 кВт.
Прикинем плотность атмосферы для этого. r = P/(V1*(S*V1) где S - площадь сечения самолета. Т.е. пролетев "колбасу" из площади сечения самолета длиной 8 км в этой "колбасе" должно быть только 0.625мкг воздуха для такого плавного торможения. Если самолет снизился до высоты где плотность 6.25мкг на обьем этой многокилометровой "колбасы" - то торможение стало равным 10м/с*с и на нем выделится 400Вт. Т.е. чтобы самолет просто перестал падать в более плотные слои атмосферы необходимо чтобы на нем выделялись сотни ватт тепловой мощности даже при 5 граммах веса. вне зависимости от формы углах атаки и т.п.
Вывод: при огромных скоростях и даже весьма небольших силах торможения произведенная работа огромна и выделяется огромное количество тепловой энергии.
Сверхзвуковые и гиперзвуковые самолеты летают на высотах 15-20-25км, там где плотность атмосферы в 10, 20, 40 меньше чем на уровне моря именно по этой причине.
Это интересная тема и несмотря на то что вы себя ведете как борзой неуч, я рекоммендую вам взяться опять за учебники, повторить пропущенное и углубиться в изученое, ведь даже в качестве хобби это отличная разминка для ума.
Если вы захотите мне ответить, и нашли ошибку в моих вычислениях то пожалуйста, отвечайте по сути с формулами, а не той наглой борзотой которую вы представили ранее.
Еще раз повторяю - не позорься, шулерство с орбитальным полетом и аэродинамическим не заметит только третьеклассник.
Ок - все с тобой ясно, слив засчитан.
С тобой все было ясно еще на этапе когда ты листку бумаги приписал 32 мегаджоуля. Ну и игнорировал квадратичную зависимость даже тогда, когда тебе на нее прямо указали.
После драки кулаками не машут, товарищь.
Нечего по существу сказать - сиди обтекай.
Какая драка? У тебя лист бумаги носится с 32 мегаджоулями. Ты на три порядка в простейших вычислениях ошибки делаешь.
Открой глаза, прочитай что я написал, подумай хорошо, сделай рассчет и получишь тот же результат что и я тебе написал.
32мегаджоуля на 1кг веса это удельная кинетическая энергия объекта летящего со скоростью 8км/с.
Короче говоря - не тупи и если отвечаешь - отвечай с формулами.
а если кидать скажем так - с нулевой скоростью ? что бы на самолетик действовало лишь притяжение земли... он в итоге опустится и войдет в слои атмосферы почти без скорости и трения ? и долетит до земли
С высоты 400км первые 360км он будет ускоряться и разгонится до уровня кинетической энергии 3.6 мегаджоуля на кг веса.
Так что это будет не прыжок с стратостата, а нырок в атмосферу на скорости 2.6км/с или гиперзвуке - 7.6 Маха.
Парадоксально, но при сходе объектов с орбиты на Землю их скорость _всегда_ только уменьшается. Для вас это может показаться невозможным, но поверьте, всё обстоит именно так.
Я не вам отвечал а Vacony, который предложил что самолетик может быть запущен с высоты 400км с нулевой относительно земной поверхности скоростью и что на него в таком случае будет действовать только притяжение земли.
А из чьего кармана будет оплачиваться сей эксперимент ?
Да сейчас прямо здесь особо любопытные донаты насобирают.
Я вот могу дать денег на бумагу )))))
Готов звёзды на крыльях нарисовать
Лучше бы пенсионерам в детский дом отдали!
Звезды с крыльев?
Ага :)
Кто вообще задаётся данным вопросом?
Сотрудники Роскосмоса.
Больше похоже на инженеров от производителя электрических тележек.
Хмм а автор знает что такое сопромат? бумага и различные нагрузки вроде ответ очивиден
О маи глоза
Пересильд полетела на деньги первого канала. Первый канал получил деньги от крупных производителей за рекламу. Крупные производители получили деньги от вас за свои памперсы, порошки и гигабайты памяти. То есть, вы оплатили полет в космос Пересильд. К кому вопросы?
Первый канал - гос компания и оплачивается частично или полностью из госбюджета. Лучше бы Пересильд в Детский дом Пенсионерам отдали, а не херней маялись.
А если сделать журавлика и дождаться осени, то он полетит в сторону южного полюса
Автор внимательно слушал учителя физики и теперь начал выкладывать умные посты
да походу плохо слушал
Архиважнейший вопрос.
Как тугоплавкие материалы могут иметь низкую температуру плавления ???
"Они отличаются очень высокой удельной теплотой плавления и низкой температурой плавления." - может всё-таки высокой температурой плавления?
"Поэтому обшивку космических кораблей делают из тугоплавких и негорючих материалов - часто это определенные виды керамики.Они отличаются очень высокой удельной теплотой плавления и низкой температурой плавления."
тугоплавкие материалы с низкой температурой плавления?
Вычитывай текст перед тем как публиковать.
Обшивка корабля зачастую абляционная - т.е. часть ее сгорает в атмосфере, но в процессе поверхность становится пористой и разогретый до бела слой уносит энергию как за счет излучения так и за счет уноса вещества что уменьшает перенос тепла к более глубоким слоям и уменьшает нагрев корабля.
Для это знания и умения важны. Толку вычитывать, если не знаешь о чем речь идет. Максимум что понять могут - много уже таких публикаций было и как давно. Да и не научную работу публикуют. Увидел, проверил нет ли сегодня такого, вставил.