Par dotazu

[qwertown]

Zdravim,

jsem pomerne hloupy a rad bych dostal odpoved na par otazek.

1. Nasi planetu je mozne opustit pokud dosahneme 2. kosmicke rychlosti


vysvetlete mi prosim proc to nejde s nizsi rychlosti? (nemyslim pohyb po kruznici nebo jine uzavrene krivce)

priklad: letadlo leti kolmo vzhuru a nemeni rychlost ani smer, co se stane, ze se nedostane do vesmiru? Zacne zpomalovat? Proc? Nejvetsi gravitace je prece dole a tu prekona, tak proc ma problem nahore?

diky za odpovedi az mi to vysvetlite budu se ptat dal. Q.

[Dugi]

Ahoj,
situace, kterou popisuješ se má následujícím způsobem:
Pokud bysme si představili letadlo, které letí od Země kolmo vzhůru tak ze začátku by to určitě šlo. Prvních pár kilometrů by se tímhle způsobem dalo "nastoupat", ale čím výš bysme se dostávali tak vzhledem k řídnoucímu vzduchu by letadlo ztrácelo vztlak, který letadlo potřebuje. Letadlo proto nikdy nemůže vyletět nad hranici dostatečně husté atmosféry (řádově nad 20 000 metrů nad mořem). A oběžná dráha přitom leží až ve výšce okolo 350 km nad Zemí. Pokud bychom si představili (teoreticky) stroj, který by byl schopný vystoupat nad atmosféru rychlostí menší než 1. kosmickou (která je potřeba k usazení na oběžné dráze), pak narazíme na další problém - tohle těleso si Země rychle přitáhne gravitací zpátky dolů - říká se tomu suborbitální skok.

Jinak, pokud tě zajímá problematika kosmických rychlostí hlouběji, doporučím ti tenhle článek, který celou věc poměrně důkladně a detailně popisuje.

[Johnny]

Ano Dugi to vysvětlil dokonale, já jsem trochu zauvažoval a teoreticky kdyby jsme měli raketu která by letěla například rychlostí běžné chůze člověka kolmo nahoru a měla by silný motor a hodně, ale hodně velkou nádrž aby jí tak dlouho stačilo palivo a letěla by pořád stejnou rychlostí, tak by letěla pořád výš a výš. Ale jakmile by jí došlo palivo a raketa by přestala vyvíjet tah, tak by spadla zpět na Zem protože by jí prostě nestačila tak pomalá rychlost. Je to asi podobné jako když máš v ruce provázek a na něm přivázanou třeba kuličku nebo nějaké závažíčko na konci něj a začneš s ním točit. A když budeš tento provázek odvíjet víc a víc tak musíš závážím točit stále rychleji jinak se přestane točit kolem prstu a spadne ( no je to hodně laické vysvětlení, tak snad jsem neřekl nějakou blbost )

[Dugi]

Johnny: To přirovnání k provázku je opravdu trefné. Perfektně to vystihuje celou problematiku.

[qwertown]

Děkuji vám oběma za odpovědi.

Něco jsem pochopil, něco asi ne
Kam až sahá gravitační působení Země?
1.Přece jednou budu tak daleko, že už na mě Země působit svou gravitaci nebude, takže pokud uvažujeme raketu, ktera ma motor, ktery vyvine rychlost bezne chuze a dostatek paliva, tak by nemel byt problem uletet, ne?

2.Problem je tedy v tom, ze zadny takovy motor neexistuje?

3.Bohuzel s tim provazkem jsem to nepochopil, znamena snad, ze cim je raketa dal tim musi vyvijet vic energie aby letela stejnou rychlosti?

[Dugi]

Na tvoje otázky sice neodpovím přímo, ale trochu "z boku" , přesto věřím, že se mi podaří sdělit to, co chci.
Ono to není ani zdaleka jen o tom vyletět nahoru - čili kolmo od Země. Když se podíváš na nějaký záznam startu rakety, nebo raketoplánu tak uvidíš, že na začátku sice raketa stoupá kolmo od Země, ale postupně se "naklání" - řečeno slovy fyzika - nabírá rychlost vertikální (stoupá nahoru) a zároveň i rychlost horizontální (vzdaluje se od místa startu). Postupem času raketa čím dál víc energie využívá na "horizontální rychlost".
Je důležité uvést, že ona 1. kosmická rychlost (7,911 km/s) není myšlená tak, že jí dosáhne těleso, které touhle rychlostí letí pryč od Země (čili vertikální rychlost). Je to rychlost tělesa na kruhové oběžné dráze ("horizontální rychlost") - stejně jako říkal Johnny ten příklad s provázkem. Právě proto se této rychlosti také často říká "kruhová"
K další části tvé otázky - je to tak, čím vyšší je oběžná dráha družice, tím vyšší rychlost musí být sondě udělena. Použiju malé přirovnání - pro obíhání na nízké oběžné dráze (cca. 300 km nad Zemí) potřebujeme rychlost asi 8 km/s - představme si teď v této výšce nad Zemí nějaký neviditelný obal - takovou imaginární kouli, po které družice obíhá. A teď si zkus představit družici na vyšší oběžné dráze - čili na nějaké větší kouli - aby za stejný čas oběhla okolo Země za stejnou dobu jako družice na nižší oběžné dráze, musí zákonitě letět rychleji, protože její oběžná dráha je delší.
A když těleso dosáhne ještě vyšší rychlosti (11,19 km/s), pak "uletí pryč od Země" - dosáhlo 2. kosmické rychlosti, které se díky tomu říká také úniková, nebo parabolická (podle tvaru dráhy, který takové těleso má).

Další užitečné informace najdeš třeba na wikipedii.

[Johnny]

jenom doplním ještě odpověď k otázce 1. a 2. Takže k otázce č. 1. ... ano kdyby taková raketa byla a letěla dostatečně dlouho tak se odstane mimo gravitaci Země ale když počítáme s tím že by letěla rychlostí běžné chůze, tak by jí to trvalo hooooodně dlouho tudíž by její palivová nádrž byla tak velká že by raketa neunesla ani sama sebe natož cokoli jiného, tím by tato raketa ztratila význam a byla by neefektivní a kdo by také čekal na tech několik hodin nebo spíše dní než by se tam raketa doplazila. Proto se snaží vyvíjet nosné rakety které mají vyrovnaný poměr mezi spotřebou paliva, a výkonem rakety, který souvisí i s její rychlostí atd. Nyní k otázce č. 2. ... takový motor by nebylo problém vyrobit a určitě by fungoval a možná by i ta raketa letěla tak pomalu, ale nevím jestli by při této rychlosti měla nějakou stabilitu, asi moc ne a hlavně by měla vělkou spotřebu. Musela by mít korekční motorky které by jí neustále udržovaly v pozici aby se nepřevrátila v důsledku své pomalé rychlosti. a Hlavní problém jak jem již psal v odpovědi na otázku č. 1. je ten, že palivová nádrž by musela být nadměrně velká a poměr mezi spotřebou, váhou rakety ( i s nádrží ) a nosností by byl nevyrovnaný a taková raketa by byla neefektivní. ...Když chce jeden člověk do krámu, tak přeci nepojede autobusem sám, .... a ted trošku vtípek když chce jeden člověk za roh do krámu tak kvůli tomu nebude startovat svojí Raketu Saturn V, kterou má zaparkovanou v garáži, ale vyrazí třeba na něčem efektivnějším třeba na kole nebo pěškobusem

[qwertown]

to Dugi:
Ano tak jak to popisujes mi to dava smysl. Takze ono je asi ekonomictejsi prejit v urcite vysce na let horizontalni a vyuzit tak i samotnou gravitaci Zeme. Potom uz staci jen prekonat rychlost kruhovou a vymanit se z obezne drahy Zeme. Vertikalni let je asi strasne narocny na energii a tedy na mnozstvi paliva. (dokud se teda nebude vyuzivat jinych motoru, iontovy atomovy...co ja vim jakych, kterym bude stacit par gramu nejake latky a ne tisice litru petroleje nebo na co dnes litaji rakety)
1.Takze neni pravda ze objekt letici pryc ze Zeme musi dosahnout rychlosti 11,2 km/s aby uletel, ale je pravda, ze teto rychlosti musi dosahnout aby se vymanil z kruhoveho pohybu obezne drahy. Souhlasis?

2. Osobne jsem si predstavoval, ze rychlosti aby teleso zustalo na obezne draze, se se vzdalenosti od Zeme zmensuji. Proto mi prave nesedela ta kulicka na provazku. Je tam prece nizsi gravitace a proto prece neni potreba takove rychlosti, ne? Prece neni potreba aby obihaly objekty v ruznych vyskach s stejnou dobou obehu. Nebo se pletu?

Q.

[qwertown]

to Johny:

Takze pokud se nebudeme drzet reality a uvazujeme motor, ktery neni limitovany mnozstvim paliva, tak odleti od Zeme i rychlosti nizzsi nez 11,2 km/s? treba 1km/s?

[Dugi]

Nad možností využívat nové typy pohonů přemýšlejí vědci už dlouho. Uvažuje se nad možností atomového nosiče (projekty Prometheus či Minerva), který by zkrátil let na Mars na cca. 90 dní. Další možností je využít systém známý jako VASIMR (vcelku složitá technologie na vysvětlení - v kostce jde o využití velmi silného magnetického pole k vytvoření plasmatu, které pak opouští trysku mnohem větší rychlostí než u spalovacích motorů současnosti). Někdo by možná zmínil i možnost využití náporového motoru ramjet, nebo scramjet, ale ty se dají použít pouze v hustých vrstvách atmosféry.
Je tu ale jeden problém - jak jaderný pohon tak i VASIMR se "zažehnou" až nad atmosférou. U jaderného pohonu je to proto, že by mohla být atmosféra znečištěna radioaktivními částicemi a VASIMR by měl být využitý pro meziplanetární přelety - ne pro nosnou raketu jako takovou. Takže oba dva systémy musí být nejprve vyneseny na oběžnou dráhu (které se taky někdy říká vyčkávací, nebo parkovací) klasickou raketou a tam by se teprve zažehly a odnesly kosmickou loď nebo sondu pryč od Země.

Bod 1) Ano souhlasím 100% s druhou částí, tedy "že této rychlosti musí dosáhnout, aby se vymanil z kruhového pohybu oběžné dráhy", ale abych přiznal pravdu, s první částí si jistý úplně nejsem, protože jsem nad tím takhle nikdy nepřemýšlel.

Bod 2) Tady jsem se vyjádřil nepřesně a omlouvám se za to - je to tak jak píšeš - čím je družice na vyšší oběžné dráze tím může mít méně obletů kolem Země, aby se udržela na její oběžné dráze - což dokládají třeba satelity na geostacionární dráze (cca 36 000 km nad Zemí), které se při pohledu od Země zdají pořád na jednom místě. Svůj výrok, kdy jsem psal, že na vyšší oběžnou dráhu musíš udělit větší rychlost jsem myslel tak, že každá raketa má určitou nosnost, která s výškou vynášeného nákladu klesá (například evropská Ariane 5 vynese na nízkou oběžnou dráhu 16 tun nákladu, ale na dráhu přechodovou ke geostacionární jen 6,2 tuny). Uznávám ale, že moje formulace byla nepřesná, zavádějící a matoucí. Teď jsem snad všechno uvedl na pravou míru.
Celou záležitost ohledně počtu oběhů a výšky oběžné dráhy pěkně vysvětluje tohle video.