Ηεφαρµογήτωνφυσικών νόµωνσταδιαστηµικά ταξίδια ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΣΑΡΑΝΤΟΠΟΥΛΟΣ Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ 04
«ΑΡΧΗΠΑΙ ΕΥΣΕΩΣ ΗΤΩΝΟΝΟΜΑΤΩΝ ΕΠΙΣΚΕΨΙΣ» (444-365 πχ)
Φυσικοίνόµοι Προτάσειςπουισχύουνσταφαινόµενα τωνφυσικώνεπιστηµών, µετην βοήθειατωνοποίωνκαιερµηνεύονται. Οι εξισώσεις είναι µαθηµατική περιγραφή των νόµων ιάστηµα Ηπεριοχή (χώρος) πέραντων 100 Km (62 µίλια) απότηνεπιφάνειατηςγης (γραµµή Kármán (Kármán line),
Εµπειρικήδιαπίστωση Ρίχνονταςµιαπέτραπροςταεπάνωαυτήµετάαπό λίγοεπιστρέφει. ΓΙΑΤΙ; Ηπέτραωςπεριέχουσατο στοιχείο «γη» επιστρέφει στην «φυσική της θέση» Νόµος Παγκόσµιας Έλξης F = G m 1 r m 2 2
1 ο ΕΡΩΤΗΜΑ ΠωςθαξεφύγωαπότηνελκτικήδύναµητηςΓης; ή πόση ενέργεια πρέπει να προσδώσω σ ένα σώµα γιαναβρεθείεκτόςπεδίουβαρύτηταςτηςγης; Λουκιανός, απότα Σαµόσατα 163 µχ Αληθινή ιστορία Ιούλιος Βερν Από τη Γη στη Σελήνη Αρχή διατήρησης της µηχανικής ενέργειας Για να βρεθεί εκτός πεδίου βαρύτητας της Γηςένασώµαπρέπειηκινητικήτου ενέργεια να ξεπερνά την δυναµική ενέργεια του βαρυτικού της πεδίου. U δφ = 11,2 km/s = 40.320 km/h = 33Μach
Απορία; Έχει επιστηµονική βάση το εγχείρηµα του Βέρν; Η εφαρµογή των φυσικών νόµων µας παρέχει τα παρακάτω αποτελέσµατα - δεδοµένα ΕλάχιστηΕ κιν του «θαλαµίσκου»µάζας 1tn: ~ 63 GJ Ελάχιστηγέµισητης «Κολοµβιάδας»: ~ 15 tnτντ ή 21 tnπυρίτιδας Οι επιβάτες του «θαλαµίσκου» θα ένιωθαν το βάρος τους ~ 1100 φορές µεγαλύτερο (g-force) Τελικάτοπρόβληµατης «δραπέτευσης»απότογήινοπεδίο βαρύτηταςείναιπρόβληµαεξεύρεσης καιµετατροπής-κατανοµήςενέργειας
ΗΛύση Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι 1857-1935 «ΗΓηείναιτο λίκνο της ανθρωπότητας, αλλά κανείς δεν περνάει όλητουτηζωή στο λίκνο» «Εσείς ανάψατε τη φλόγα. Εµείς δεν θα την αφήσουµε να σβήσει. Θα προσπαθήσουµε να πραγµατοποιήσουµε τοπιοόµορφοόραµατουανθρώπου».
2 ο ΕΡΩΤΗΜΑ Πως κινούνται οι πύραυλοι; 3 ος ΝόµοςτουΝεύτωνα ράση Αντίδραση Αρχή διατήρησης της ορµής m αερ x V αερ = Μ πυρ x V πυρ Εξίσωση του Τσιολκόφσκι (1903)
3 ο ΕΡΩΤΗΜΑ (A) Πως θα αυξήσω την ταχύτητα (u) του πυραύλου; Αύξηση ταχύτητας καυσαερίων. Πως; Νόµος του Bernoulli 2 pv Ρ + pgh + 2 = σταθ υ = f (ρ,ρ,ao) ανιήλ Μπερνούλι 1700-1782 F = pa o υ 2
3 ο ΕΡΩΤΗΜΑ (B) Πως θα αυξήσω την ταχύτητα (u) του πυραύλου; u o = U γης = ω R γης Σηµείο εκτόξευσης όπου το R είναι µεγάλο Μικρό γεωγραφικό πλάτος Φορά εκτόξευσης ανατολική Αύξηση. Πως; ΚΟΣΜΟ ΡΟΜΙΟ ΜΠΑΙΚΟΝΟΥΡ (45 ο ) ΑΚΡΩΤΗΡΙΟ ΚΑΝΑΒΕΡΑΛ (28 ο )
4 ο ΕΡΩΤΗΜΑ Ποια µορφή ενέργειας θα αξιοποιήσω για την κίνηση (εντός πεδίου βαρύτητας) των πυραύλων; ΧΥΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (καύση) ΚΑΥΣΙΜΟ + ΟΞΕΙ ΩΤΙΚΟ ΚΗΡΟΖΙΝΗ + Ο 2 Η 2 + Ο 2 Ν 2 R 4 + N 2 O 4 N 2 H 2 (CH 3 ) 2 + 2 N 2 O 4 Robert Goddard 18 02-1928 3N 2 + 2 CO 2 + 4H 2 O ΚΡΟΝΟΣ 5 1967 Ariane 5 ΑΠΟΛΛΩΝ 11
5 ο ΕΡΩΤΗΜΑ Πως κινούνται οι πύραυλοι-διαστηµικές συσκευές στο διάστηµα; Σεµια κινηµατογραφική ταινία, επιστηµονικής φαντασίας, το διαστηµόπλοιο παθαίνει βλάβη στις µηχανές και ακινητοποιείται. 1 ος ΝόµοςτουΝεύτωνα Αδράνεια
6 ο ΕΡΩΤΗΜΑ Πως τροποποιούν την πορεία τους οι πύραυλοιδιαστηµικές συσκευές στο διάστηµα; ΙΟΝΤΙΚΟΙ ΠΡΟΩΘΗΤΕΣ Ηλεκτροµαγνητική ενέργεια ΥΝΑΜΕΙΣ Coulomb Lorentz. ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Hall
6 ο ΕΡΩΤΗΜΑ Πως τροποποιούν την πορεία τους οι πύραυλοιδιαστηµικές συσκευές στο διάστηµα; ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΑΡΥΤΙΚΟΥ ΠΕ ΙΟΥ ΠΛΑΝΗΤΩΝ Νόµος Παγκόσµιας Έλξης F = G m1 m 2 r 2 Galileo: Αφροδίτη (1) Γη (2) ΙΑΣ Cassini: Αφροδίτη (2) Γη (1) ίας (1) ΚΡΟΝΟΣ
Καιµία «παράβαση» ενάντιαστον ανορθολογισµότων παραεπιστηµών
ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Η ένταση του βαρυτικού πεδίου διαφόρων ουράνιων σωµάτων πάνω στη γη ως κλάσµατηςέντασης (g Γ ) τουγήινουβαρυτικούπεδίουστηνεπιφάνειάτης. Ήλιος Σελήνη ίας Άρης Τυπικό ορατό άστρο ο διπλανός µου 6 x 10 ³ g Γ 3 x 10 ⁶ g Γ 3 x 10 ⁸ g Γ 2 x 10 ¹⁰ g Γ ~10 ¹³ g Γ ~10 ⁹ g Γ ~ χίλιες φορές µικρότερη από τη γήινη βαρύτητα ~ εκατοµµύρια φορές µικρότερη από τη γήινη βαρύτητα ~ εκατό εκατοµµύρια φορές µικρότερη από τη γήινη βαρύτητα ~ δέκα δισεκατοµµύρια φορές µικρότερη από τη γήινη βαρύτητα ~ δέκα τρισεκατοµµύρια φορές µικρότερη από τη γήινη βαρύτητα Ο διπλανός µου µε επηρεάζει βαρυτικά περίπου 10.000 φορές περισσότερο απ ότι τα άστρα που... καθορίζουν τη µοίρα και χαρακτήρα µου!
ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Η ένταση της ΗΜ-κής ακτινοβολίας του ήλιου και άλλων ουράνιων σωµάτων πάνω στη γη. Ήλιος Ι Η ~ 1Κw/m² Σελήνη (*) ~10 ⁵Ι Η Αµελητέα σε σύγκριση µε την ακτινοβολία του ήλιου Τυπικός πλανήτης ~10 ⁹Ι Η Ακόµα πιο... αµελητέα σε σύγκριση µε την ακτινοβολία του ήλιου Τυπικό άστρο ο διπλανόςµου ( ) ~10 ¹⁰Ι Η ~10 ⁵Ι Η Αµελητέα εις το τετράγωνο (!) σε σύγκριση µε την ακτινοβολία του ήλιου Σίγουρα η ακτινοβολία του διπλανού µου µε επηρεάζει πολύ περισσότερο από την ακτινοβολία των ουρανίων σωµάτων (πλανήτες ή άστρα) που υποτίθεται πως καθορίζουν τη µοίρα και χαρακτήρα µου! ( ) Θεωρούµενος ως µέλαν σώµα θερµοκρασίας Τ=310Κ του οποίου η ΗΜ/κή ακτινοβολία ανά µονάδα επιφάνειας δηλαδή η ακτινοβολούµενη ένταση- δίδεται από τον τύπο των Stefan- BoltzmanΙ=σΤ⁴µεσ=5,67 x 10 ⁸ Wm ² K ⁴.
Ηθικόν δίδαγµα Ας µην αναζητούµε τη «µοίρα» και τον «χαρακτήρα» µας στα άστρα. Ας την ψάξουµε καλύτερα στους... διπλανούς µας!
Σαςευχαριστώ γιατηνυποµονήκαι προσοχήσας