Ταχύτητα διαφυγής έναντι τροχιακής ταχύτητας
Η ταχύτητα διαφυγής και η τροχιακή ταχύτητα είναι δύο πολύ σημαντικές έννοιες που εμπλέκονται στη φυσική. Αυτές οι έννοιες είναι πολύ σημαντικές σε τομείς όπως τα δορυφορικά έργα και η ατμοσφαιρική επιστήμη. Η ταχύτητα διαφυγής είναι ο λόγος για τον οποίο έχουμε ατμόσφαιρα και το φεγγάρι δεν έχει. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε καλή κατανόηση αυτών των εννοιών προκειμένου να διαπρέψετε σε σχετικούς τομείς. Αυτό το άρθρο θα προσπαθήσει να συγκρίνει την ταχύτητα διαφυγής με την τροχιακή ταχύτητα, τους ορισμούς, τους υπολογισμούς, τις ομοιότητες και τελικά τις διαφορές τους.
Ταχύτητα διαφυγής
Όπως γνωρίζουμε από τη θεωρία του βαρυτικού πεδίου, ένα αντικείμενο που έχει μάζα πάντα έλκει οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο που βρίσκεται σε πεπερασμένη απόσταση από το αντικείμενο. Καθώς η απόσταση αυξάνεται, η δύναμη μεταξύ των δύο αντικειμένων μειώνεται με το αντίστροφο τετράγωνο της απόστασης. Στο άπειρο, η δύναμη μεταξύ των δύο αντικειμένων είναι μηδέν. Το δυναμικό ενός σημείου γύρω από μια μάζα ορίζεται ως η εργασία που πρέπει να γίνει για να φέρει ένα αντικείμενο μονάδας μάζας από το άπειρο στο δεδομένο σημείο. Εφόσον υπάρχει πάντα μια έλξη, η δουλειά που πρέπει να γίνει είναι αρνητική. Επομένως, το δυναμικό σε ένα σημείο είναι πάντα αρνητικό ή μηδέν. Η δυναμική ενέργεια είναι το δυναμικό πολλαπλασιασμένο με τη μάζα του αντικειμένου που φέρεται. Η ταχύτητα διαφυγής ορίζεται ως η ταχύτητα που πρέπει να δοθεί σε ένα αντικείμενο για να το στείλει στο άπειρο χωρίς καμία άλλη δύναμη. Όσον αφορά την ενέργεια, η κινητική ενέργεια που οφείλεται στη δεδομένη ταχύτητα είναι ίση με τη δυναμική ενέργεια. Με αυτήν την ισότητα, παίρνουμε την ταχύτητα διαφυγής ως τετραγωνική ρίζα του (2GM/r). Όπου r είναι η ακτινική απόσταση από το σημείο που μετριέται το δυναμικό.
Ταχύτητα τροχιάς
Η τροχιακή ταχύτητα είναι η ταχύτητα που πρέπει να διατηρήσει ένα αντικείμενο για να βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη τροχιά. Για ένα αντικείμενο που βρίσκεται σε τροχιά με ακτίνα r, η τροχιακή ταχύτητα δίνεται από την τετραγωνική ρίζα του (F r / m) όπου F είναι η καθαρή δύναμη προς τα μέσα και m είναι η μάζα του τροχιακού αντικειμένου. Η δύναμη προς τα μέσα σε ένα σύστημα μάζας είναι GMm/r2 Αντικαθιστώντας αυτήν, παίρνουμε την τροχιακή ταχύτητα ως τετραγωνική ρίζα του (GM/r). Αυτό μπορεί επίσης να αποδειχθεί χρησιμοποιώντας τη μηχανική διατήρηση της ενέργειας ενός συντηρητικού πεδίου. Πρέπει να σημειωθεί ότι η τροχιακή ταχύτητα αλλάζει την κατεύθυνση. Επομένως, αυτό είναι στην πραγματικότητα επιτάχυνση, αλλά το μέγεθος της ταχύτητας δεν αλλάζει. Μικρές απώλειες ενέργειας στο διάστημα προκαλούν μείωση αυτής της κινητικής ενέργειας και στη συνέχεια το αντικείμενο έρχεται σε χαμηλότερη τροχιά για να σταθεροποιηθεί.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ταχύτητας διαφυγής και της τροχιακής ταχύτητας;
• Ταχύτητα διαφυγής είναι η ταχύτητα που απαιτείται για να διαφύγει από μια επιφάνεια.
• Τροχιακή ταχύτητα είναι η ταχύτητα που απαιτείται για να διατηρηθεί ένα αντικείμενο σε τροχιά.
• Και οι δύο αυτές ποσότητες είναι ανεξάρτητες από το κινούμενο αντικείμενο.
• Η ταχύτητα διαφυγής θα μειωθεί καθώς το αντικείμενο φτάνει στο άπειρο και στο άπειρο η ταχύτητα θα είναι μηδέν.
• Η τροχιακή ταχύτητα παραμένει σταθερή σε όλη την τροχιά. Η τροχιακή ταχύτητα αλλάζει κατεύθυνση.
