Om ett flygplan ska flyga nittio grader uppåt, vid vilken höjd börjar rymdens viktlöshet? [stängd]

-7

Föreställningen av piloter har svimmade i cockpiten och pekar upp flygplanet uppåt vid ca 90 °. Inte säker på om det skulle bli riktigt kallt eller väldigt varmt innan du kom in i "utrymme". Eller om ett normalt flygplan, som en Boeing777 eller Boeing787, skulle kunna göra det över en viss höjd utan vissa tryckproblem.

    
uppsättning NormLDude 24.11.2017 14:10

8 svar

10

Den viktfria som upplevs i jordens omlopp är en balans mellan centrifugal effekten av rotation runt jorden och jordens gravitationskraft. Eftersom det är sällan perfekt, så kallar vi det mikrovågor.

Andra sätt som mikrovågor kan erhållas är genom att flyga "paraboliska flygvägar" där flygplanet accelereras mot jorden med liknande acceleration som tyngdkraften, följaktligen inom flygplanets referenspunkt, matchar accelerationen av flygplanet jordens acceleration .

Tillbaka till höjdsfrågan måste man gå långt bortom atmosfärens största del, och absolut inte i en stråle, vilket kräver atmosfäriskt syre för att hjälpa till att driva det. I en mycket allmän bemärkelse, för att nå jordens jordbana (LEO), är de erforderliga hastigheterna i storleksordningen 17 000 mph.

Så eftersom objektets hastighet som flyr från jorden måste nå en punkt där objektet har en centrifugal effekt som är lika med objektets attraktion genom jordens gravitation, resulterar högre hastigheter i högre banor. Kepler tillämpade det inverse kvadratiska tyngdkraftsförhållandet mellan två kroppar, vilket resulterade i det som nu är känt som en kombination av Newtons lagar och Keplers lagar. Dessa var avsedda att hantera himmelska kroppar och har inte avsättning för hög energi kravet att bekämpa en tät atmosfär. När ett objekt är väsentligen utanför atmosfären fungerar numren. Satellite Tool Kit (vanligen kallad STK) är ett användbart verktyg för att bestämma banor, hastigheter och samband mellan objekt.

En 787 skulle inte gå tillräckligt fort för att balansera jordens gravitationskrafter, och eftersom den inte kunde undgå atmosfärens atmosfäriska drag, skulle det ha ett mycket högt kraftbehov att nå höga hastigheter. Så det är ingen mening att mikrogravity skulle uppnås vid bestående flygningar. Därför kan villkoren i denna fråga inte uppfyllas.

    
svaret ges 24.11.2017 14:51
8

Låt oss anta att Boeing 777s dragkraft är ungefär 20% av vikten, och att med ingen hiss i vertikal flygning är det genomsnittliga draget under zoomklättringen 5% av flygplanets vikt.

Låt oss säga att vi startar 90 graders stigning på 250 m / s (900 km / h) och retardation på grund av tyngdkraften korrigerad för dragkraft och dra blir $ 85 \% \ gånger 9,81 = 8,35 $ m / s 2 .

Efter $ \ frac {V} {a} = \ frac {250} {0.85 \ cdot 9.81} \ ca 30 $ sekunder hade flygplanet klättrat ca 3,75 km och förlorat all sin hastighet. Om vi skulle starta denna zoomklättring vid 35 000 fot (en gemensam kryssningsnivå för B777) skulle apogén vara ca 47 000 fot (ca 14,3 km) som ligger långt under 100 km, höjden på godtycklig linje mellan atmosfär och utrymme . Eftersom den ligger över den maximala certifierade höjden på 43 100 ft, kan du förvänta dig några tryckproblem.

Det visar sig att B777 inte är lämplig för rymdflygning.

Efter att ha nått apogén börjar flygplanet falla tillbaka till jorden. Om tryckkraften skärs innan fallet börjar, blir viktlöshet i det ögonblick som hastigheten är 0 (nolldragen). Vid det exakta ögonblicket kommer accelerationen bara att bero på tyngdkraften, eftersom det inte finns några yttre krafter på flygplanet. för ett ögonblick kommer det att vara viktlös .

Utetemperaturen är ungefär densamma som vid 35 000 nivåer och gravitationen ändras inte heller väsentligt.

Ett långt effektivare sätt att uppnå viktlöshet i en B777 använder en parabolvägen .

    
svaret ges 24.11.2017 14:55
5

Viktlöshet kommer inte från höjd, det kommer från sidledshastighet. ISS är inte så långt borta, det flyger bara riktigt snabbt.

Det uppenbarligen humoristiska uttalandet från Hithchiker's guide till Galaxen är inte alls ett skämt alls när du ersätter "flyger" med "bana": "Det finns en konst att flyga, eller snarare en förmåga. lära sig att kasta dig själv på marken och missa.... Det är klart att det är den andra delen, den saknade, som presenterar svårigheterna. "

Det här är ungefär vad satellit i omlopp gör det: det flyger så snabbt åt sidan att innan det kan slå marken har det redan saknat jorden.

Så, din Boeing 777 behöver faktiskt inte flyga mycket hög för att uppnå viktlöshet. Det "bara" måste flyga mycket, väldigt snabbt. För marknivå är det cirka 7910m / s, eller lite över Mach 23. Tyvärr kan även ballistiska missiler knappt hälsa det.

SpaceShipOne gör precis vad du föreslår: det flyger nästan vertikalt mycket högt (över 100km), men även där uppnår det inte viktlöshet. Så högt som det verkar, krävs det fortfarande 7850m / s för att stanna där (skillnaden i orbitalhastighet är inte stor, för 100km är inte mycket när du lägger till den till jordens 6371km radie). SSO: s laterala hastighet ligger nära noll istället, så när raketmotorn brinner ut faller den tillbaka till jorden som en sten. Folket inuti upplever viktlöshet ett tag då, men det är ingen annorlunda än vad du upplever när du hoppar ner.

XKCD-länken, som begärts

    
svaret ges 24.11.2017 16:33
5

Den största fel i din fråga är din förståelse för viktlöshet.

Det är ofta missuppfattat som ett tillstånd när det i själva verket faktiskt är bristen på en stat.

Viktlös betyder helt enkelt att du inte kan känna tyngdkraften, det betyder inte att tyngdkraften inte är där.

När du står på marken känner du dig tung eftersom gravitationen drar dig mot mitten av jorden, men naturligtvis kommer marken inte att röra sig ur vägen, så trycker du tillbaka med en jämn kraft. Den vikt du känner är att kompression mellan de två motsatta krafterna och dragen på dina ben och organ hålls uppe av din kroppsvävnad.

Om du faller i vakuum, finns det emellertid ingen motståndskraft och du känner dig inte tyngd. På samma sätt, om du befinner dig i en hiss och kabeln bryts kommer du att falla i samma takt som hissen och kommer att känna dig viktlös. Eller åtminstone kommer du ett tag.

Om du hoppar av en klippa, ignorerar luftmotståndet, blir du viktlös tills du slår på marken. Om du kör riktigt fort innan du hoppar kommer du att falla och slå marken längre bort från klippans botten. Om klippan är tillräckligt hög och du kör verkligen, riktigt snabbt, kommer du att falla långsammare än jordens krökning och kommer aldrig att slå den. Du kommer då att vara i omlopp.

Inget av det har något att göra med att nå en viss höjd. (Tja annat än att krascha i sidan av Mt Everest-delen i det sista exemplet.)

    
svaret ges 24.11.2017 18:15
1

Som förklaras i ett annat svar visas inte viktlöshet i omlopp på grund av hög höjd. Men svara på den faktiska frågan "vad om" ett flygplan kunde klättra vertikalt utan gränser - svaret är - några tiotusentals km eller miles . Jordens tyngdpunkt sträcker sig till oändligheten och du kan aldrig verkligen fly den, men den minskar snabbt bortom visst avstånd, så passagerarna kan känna sig viktlösa även utan att bana.

    
svaret ges 24.11.2017 15:45
1

Viktlöshet som observerats i det närmaste utrymmet (ISS, etc) är inte ett resultat av att jorden är tillräckligt stor, jorden är fortfarande nära nog och skulle dra med tyngdkraften. Rymdfarkosten är i viktlöshet på grund av banan (bana) som följer (inklusive hastighetsändringar också, inte bara koordinater).

Därför behöver allt du behöver för att få viktlösheten att flyga en viss förberäknad väg som ett artilleri skal följa om det startas med samma hastighet och riktning som flygplanet för närvarande flyger. Ser ut som Airbus 300 kan göra detta . företagswebbplatsen hävdar också noll gravitation. Tyvärr är flygplanet för lågt för att slutföra hela banan runt jorden eftersom planeten är för stor och går in i vägen.

Somdetframgåravdiagrammetkanvägenvarainomflygplanetskapacitet.

(från Wikipedia Commons )

    
svaret ges 24.11.2017 15:43
1

Vad menas först av vertikalt? Om vi menar 90 grader rakt upp, fortsätter du direkt över banan, roterar du fortfarande med jorden med en runda av en cirkel var 24: e timme. Så svaret på din fråga i så fall skulle vara geosynkron höjd.

Detta förutsätter att ditt flygplan är rymdfärdigt, har gott om energiskt bränsle och tar av från ekvatorn. Om du inte inte börjar vid 0 graders latitud, skulle celestial mekanik tendera att tvinga dig att gå in i en stor cirkelväg, korsa ekvatorn två gånger med varje "omlopp". Det betyder att en del av ditt bränsle skulle behöva spenderas, behålla din latitud; Ju högre du än går.

Om du inte har något emot att "gå av vertikal" när du stiger upp där, skulle du återigen uppnå viktlöshet när din initiala rotationshastighet (från det att marken rörde sig till att börja med) är snabb tillräckligt för att gå in i omloppsbana.

Men om vertikalt betyder du exakt rakt upp medan jorden vrider under dig (sidoralt vertikalt), eller om du tar av från någon pol, så slipper du aldrig av jordens gravitation - du kan vara så långt bort som Arcturus och det skulle fortfarande vara en oändlig gravitation som drar dig tillbaka till jorden.

Men för praktiska ändamål är du "fri" från jordens gravitation om bidraget från jordens massa är trivialt jämfört med andra närliggande kroppar.

    
svaret ges 24.11.2017 16:53
1

Eftersom ett plan inte kan flyga rakt upp, kommer det att stanna och falla tills piloten kan lösa nödsituationen. Under den tiden kommer alla passagerare och bagage att vara viktlösa eftersom de faller i samma hastighet som planet.

    
svaret ges 24.11.2017 19:14