Escape Velocity vs Orbital Velocity
Prędkość ucieczki i prędkość orbity to dwa bardzo ważne pojęcia związane z fizyką. Pojęcia te są bardzo ważne w takich dziedzinach, jak projekty satelitarne i nauki o atmosferze. Prędkość ucieczki jest powodem, dla którego mamy atmosferę, a księżyc jej nie ma. Aby osiągnąć sukces w odpowiednich dziedzinach, niezbędne jest dobre zrozumienie tych pojęć. W tym artykule spróbujemy porównać prędkość ucieczki z prędkością orbity, ich definicje, obliczenia, podobieństwa i wreszcie różnice.
Prędkość ucieczki
Jak wiemy z teorii pola grawitacyjnego, obiekt mający masę zawsze przyciąga każdy inny obiekt, który znajduje się w skończonej odległości od obiektu. Wraz ze wzrostem odległości siła między dwoma obiektami maleje wraz z odwrotnością kwadratu odległości. W nieskończoności siła między dwoma obiektami wynosi zero. Potencjał punktu wokół masy definiuje się jako pracę, którą należy wykonać, aby doprowadzić obiekt o masie jednostkowej z nieskończoności do danego punktu. Ponieważ zawsze istnieje atrakcja, praca, którą należy wykonać, jest negatywna; dlatego potencjał w punkcie jest zawsze ujemny lub zerowy. Energia potencjalna to potencjał pomnożony przez masę przyniesionego obiektu. Prędkość ucieczki definiuje się jako prędkość, jaką należy nadać obiektowi, aby wysłać go w nieskończoność bez żadnej innej siły. Pod względem energiienergia kinetyczna wynikająca z danej prędkości jest równa energii potencjalnej. Dzięki tej równości otrzymujemy prędkość ucieczki jako pierwiastek kwadratowy z (2GM / r). Gdzie r jest promieniową odległością do punktu, w którym mierzony jest potencjał.
Prędkość orbitalna
Prędkość orbity to prędkość, którą obiekt musi utrzymać, aby znaleźć się na określonej orbicie. Dla obiektu poruszającego się po orbicie o promieniu r, prędkość orbity jest wyrażona przez pierwiastek kwadratowy z (F r / m), gdzie F jest siłą wewnętrzną netto, a m jest masą obiektu orbitalnego. Siła wewnętrzna w systemie masowym wynosi GMm / r 2. Zastępując to, otrzymujemy prędkość orbity jako pierwiastek kwadratowy z (GM / r). Można to również udowodnić za pomocą mechanicznej zasady zachowania energii konserwatywnego pola. Należy zauważyć, że prędkość orbity zmienia kierunek. Dlatego w rzeczywistości jest to przyspieszenie, ale wielkość prędkości się nie zmienia. Małe straty energii w przestrzeni powodują zmniejszenie tej energii kinetycznej, a następnie obiekt schodzi na niższą orbitę w celu stabilizacji.
Jaka jest różnica między prędkością ucieczki a prędkością orbity?
• Prędkość ucieczki to prędkość wymagana do wydostania się z powierzchni.
• Prędkość orbitalna to prędkość wymagana do utrzymania obiektu na orbicie.
• Obie te wielkości są niezależne od poruszającego się obiektu.
• Prędkość ucieczki zmniejszy się, gdy obiekt osiągnie nieskończoność, aw nieskończoności prędkość wyniesie zero.
• Prędkość orbity pozostaje stała na całej orbicie. Prędkość orbity zmienia kierunek.
