Spørsmål:
Avhenger banen av en gjenstand som kretser rundt en planet av gjenstandens masse? (Med hypotetisk Apollo-eksempel)
Sergiy Lenzion
2019-11-20 13:31:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

For eksempel (hypotetisk), hvis et Apollo-mannskap på et av måneoppdragene gikk på EVA like etter Trans Earth Injection, brente og forsiktig løsnet en liten bolt, eller en plastpakke fra maten, eller den berømte fjæren nær CSM og hold deretter romfartøyet i samme holdning og utførte ingen kurskorrigeringsmanøvrer, ville dette frigjorte objektet følge nøyaktig samme bane (samt hastighet og akselerasjonsprofil i tid) som det tyngre romfartøyet, dvs. ville det holde seg på samme avstand i forhold til CSM frem til 0,05 g hendelse?

Beklager at jeg har stilt et så enkelt spørsmål, jeg er ny innen banemekanikk og prøver bare å få en følelse av dets særegenheter på enkle eksempler.

Hvis begge objektene beveger seg i en hastighet som er tilstrekkelig til å overvinne tyngdekraften til kroppen den kretser, er de begge i "fritt fall" teknisk og vil ikke bevege seg bort fra hverandre med mindre en kraft påføres for å endre hastighetsvektoren til enten. Mascons, Drag, Debris, Solar Pressure er alle tilleggsfaktorer som over tid vil flytte gjenstandene dine fra hverandre. Tenk på en bane som et fritt fall, men du beveger deg bare i en vinkelrett retning nok til å "gjentatte ganger savne bakken" på 9,8 m / s ^ 2. Alle reglene i fjær-bowlingkuleeksperimentet vil fortsatt gjelde.
Kanskje verdt å merke seg at du ikke en gang trenger å gjøre en EVA for å teste dette. Ethvert objekt som flyter inne i et romfartøy gjør det fordi det har samme banebane som romfartøyet selv, så det er ingen relativ bevegelse mellom de to.
@NuclearWang det er en STOR video av stasjonen som gjør en omstart. Mens det gjør oppstarten, filmer en astronaut en skiftenøkkel inne i ISS. Når ISS øker, beveger skiftenøkkelen seg mot skyvekraften! Ellers er det stasjonært. Skal se om jeg finner den.
@NuclearWang Banebanen er ikke nøyaktig den samme; over tid vil du se at alle de "flytende" gjenstandene sitter fast på en av veggene. Selvfølgelig, hvis det er luft inni, vil luftens bevegelse og motstand ha en mye større effekt. Selv veldig små forskjeller i baneavstand / hastighet legger seg relativt raskt sammen - det er en spenning på f.eks. ISS på grunn av dette, og hvis du separerte ISS-modulene, ville de veldig sakte gli fra hverandre.
Tre svar:
Russell Borogove
2019-11-20 20:07:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Omtrent, ja. De grove gravitasjonseffektene på banene til romfartøyet og det andre objektet vil være de samme.

Tyngdekraften kraften mellom to objekter er proporsjonal med produktet av massene; av $ F = ma $ , avbryter akselerasjonen for hvert objekt sin egen masse ( $ a = \ frac {F} {m} $ ) og avhenger så av massen til det andre objektet.

Siden bolten er et veldig annerledes sted i forhold til jorden og månen under turen, vil imidlertid tyngdekraftens innflytelse være veldig forskjellig i mengde og retning, så det vil ikke følg en nøyaktig parallell bane. Det vil imidlertid være ekstremt nært, og i praksis tror jeg forskjellen i gravitasjonspåvirkning vil være liten sammenlignet med vanskeligheten med å frigjøre objektet med nøyaktig null starthastighet i forhold til romfartøyet. Det ville også være andre forvirrende faktorer: soltrykk på de to kroppene ville presse dem ut av kurs med forskjellige mengder, romfartøyet vil lufte ut forskjellige ting som vil presse det rundt osv.

Hvis objektet ble plassert direkte "bak" objektet, (med forbehold om forvirrende faktorer), skulle det følge samme bane, noe som ville bety at det ville forbli den samme * tiden * bak kjøretøyet, men avstanden ville variere når hastigheten endret seg.
@JCRM Med unntak av det faktum at de relative jord-måne-posisjonene vil ha forskjøvet seg uendelig, selvfølgelig - du kan aldri gå i samme romtid to ganger.
@RussellBorogove Hvis du vil gå inn i uendelige minimale forskjeller, kan du også merke deg at bolten trekkes frem av gravitasjonsattraksjonen fra romfartøyet, mens romfartøyet trekkes bakover av gravitasjonsattraksjonen til bolten. Minst en av disse kreftene er imidlertid ubetydelig liten - jeg prøver å motstå trangen til å beregne omtrentlige verdier for dem for å sammenligne dem med gravitasjonsattraksjonen fra planeten.
Nitpick: Håndverkets masse avbryter faktisk ikke, kraften er basert på summen av massene til gjenstandene. Imidlertid er massen av fartøyet i romfartøyets orbitalmekanikk så liten at det er langt under målefeilen. Prøv ligningen din med Månens bane, så får du store problemer.
@anaximander Eksempel på virkelige verden - ting tapt fra ISS faller mye raskere enn ISS fordi det har mye mindre kg per m ^ 2 mot atmosfæren.
@LorenPechtel Ta det opp med [Onkel Isaac] (https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_law_of_universal_gravitation).
PeteBlackerThe3rd
2019-11-20 20:18:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Akselerasjonen på grunn av tyngdekraften vil være identisk uavhengig av masse, forutsatt at massen til romfartøyet er ubetydelig sammenlignet med massen til objektet du kretser. For eksempel er Jordens måne stor nok til å bevirke jordens bevegelse slik at den ikke kretser rundt jordens sentrum, men i stedet kretser den rundt det delte massesenteret på jorden og månen ( barycenter) ). Dette gjelder strengt tatt for enhver kropp i bane, men for små gjenstander er det realistisk å anta at barycenter er sentrum av jorden.

Imidlertid er tyngdekraften ikke den eneste kraften som virker på romfartøyet, selv om det vil være sterkest frem til inngangen til jordens atmosfære. Dra fra jordens øvre atmosfære vil sannsynligvis være merkbar under 2000 km høyde og vil akselerere de to objektene i forskjellige hastigheter og føre til at de avviker. Også solstrålingstrykket vil akselerere dem med forskjellige hastigheter, men denne kraften er så liten at det vil ta lengre tid enn en enkelt bane før den blir lagt merke til.

Så de to objektene vil holde seg omtrent på samme avstand til effektene av drag i den øvre atmosfæren begynner å bli målbare.

madscientist
2019-11-21 00:00:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det de andre svarene ikke nevner, er at massen til det baneobjektet ditt faktisk avbrytes. Det betyr ikke noe. Se disse to ligningene:

(1) F1 = F2 = G * m1 * m2 / r ^ 2

(2) F1 = m1 * a1

Der F er kraft, er G den universelle gravitasjonskonstanten, m er masse, og r er avstanden mellom massesentrene til de omtalte og omløpne kroppene. 1 og 2 representerer det aktuelle objektet, for eksempel er m1 massen til objektet 1 og F1 er kraften som utøves på objektet 1.

Dermed

a1 = G * m2 / r ^ 2

dvs. massen til det kretsende objektet påvirker ikke akselerasjonen på noen måte.

edit: lagt til en indeks på 1 til a.

Hat til nitpick, men påvirkes ikke `r` veldig veldig veldig veldig veldig veldig veldig veldig lite av masseforandringen?
r er ikke en funksjon av masse. Det er massen til planeten / månen / hva som enn er viktig her (m2). Hvis du vil nitpikke, var den ubetydelige delen jeg utelatt at månen / planeten / hva som helst akselererer så lett mot den kretsende kroppen (m1, i dette tilfellet).
Tetthet (massefordeling) er imidlertid en funksjon av r. Forutsatt at en sfærisk planet avviker imidlertid avvik.
Det var det, massesenteret ville være så litt nærmere planeten


Denne spørsmålet ble automatisk oversatt fra engelsk.Det opprinnelige innholdet er tilgjengelig på stackexchange, som vi takker for cc by-sa 4.0-lisensen den distribueres under.
Loading...