Можно ли зашвырнуть камень в космос?

1. Полет тела, брошенного горизонтально
Бросим камень, находясь, допустим, на крыше дома. Причём бросим его строго горизонтально, строго параллельно земной поверхности.
Как он полетит?
Не станем мудрить с сопротивлением воздушной среды – примем, что всё дело происходит в безвоздушном пространстве.
Тогда вперед, параллельно земле, камень полетит по первому закону Ньютона равномерно и прямолинейно. Но в то же самое время на камень действует и сила тяжести, под действием которой он падает. За каждую секунду он маленько пролетит вперёд, и маленько упадёт вниз, в итоге получится какая-то примерно такая траектория

Если параллельно земле пустить ось x, а вниз ось y, то движение камня будет описываться двумя функциями

Из первого уравнения выразим t и подставим во второе. Получится

Эта функция весьма и весьма напоминает известную всем квадратичную функцию

Сосбственного говоря, это она и есть. График квадратичной функции - парабола.

Полёт тела, брошенного горизонтально, следовательно, происходит по параболической траектории (рисуночек слева).

Имеет значение начальная скорость Vнулевое, с которой был брошен камень. Чем больше эта стартовая скорость, тем дальше камень улетит. На картиночке справа изображена струя воды (полет которой происходит по тем же законам) при различной начальной скорости струи.

2. Рисунок из рукописей Ньютона
В рукописях Ньютона нашли прикольный рисунок со следующим описанием:

"Брошенный камень отклонится под действием силы тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадёт, наконец, на Землю. Если его бросить с большей скоростью, он упадёт дальше. Продолжая эти рассуждения, нетрудно прийти к выводу, что если камень бросить с достаточно большой скоростью с высокой горы, то его траектория могла бы стать такой, что он вообще никогда не упадёт на Землю, превратившись в её искусственный спутник".

3. Так с какой же скоростью надо бросить камень, чтобы он превратиля в искусственный спутник Земли?
Камень летает по круговой орбите вокруг замли, подчиняясь второму закону Ньютона

Сократим правую и левую часть на массу камня m, получим

А мы помним, что центростремительное ускорение зависит от скорости движения и радиуса круговой траектории

Тогда

Это число называют ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ. Брошенный с такой скоростью камень превратится в искусственный спутник Земли. Он будет вечно там летать, в безвоздушном пространстве, пока не столкнется с чем-нибудь, что притормозит его, тогда он упадёт. Впервые искусственный спутник был запущен СССР в 1957 году.

Сосбственно говоря, космическая станция, уже много лет кружащаяся по орбите, летает там по такой же причине. Надо заметить, что центростремительное ускорение РАВНО УСКОРЕНИЮ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ. То есть спутник ПОСТОЯННО ПАДАЕТ! Вот в чём причина невесомости, которую испытывают космонавты.
Реальные спутники не могут быть запущены слишком низко - из за огромного сопротивления атмосферного воздуха, даже и разряженного. Например, на высоте 160 км он сделает всего один оборот, после чего притормозится и сгорит в плотных слоях атмосферы. Первый советский спутник был запущен на высоту 228 км; он просуществовал всего 3 месяца. А например, американский спутник Мидас-6, запущенный на высоту 500 км должен по расчётам просуществовать на орбите не менее 100 000 лет.

4. Как улететь на другие планеты?
Если запустить ракету (космический корабль) со скоростью 11,2 километра в секунду (ВТОРАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ) , то она вырвется из поля тяжести Земли по незамкнутой орбите и станет искусственным спутником Солнца - будет вращаться вокруг Солнца так же, как и другие планеты Солнечной системы. Так отправляют исследовательские корабли к Марсу, Венере, другим планетам.
А можно ли "оторваться" от Солнца и улететь вообще в безбрежные дали вселенной? Можно. Надо запустить ракету с ТРЕТЬЕЙ КОСМИЧЕСКОЙ СКОРОСТЬЮ 16,7 километров в секунду. Американцы замутили такой эксперимент в 1972 году. Они запустили с третьей космической скоростью корабль Пионер-10, который покинул Солнечную систему и летит сейчас по направлению к звезде Барнарда. С ним, конечно, нет никакой связи, и в телескоп его не видать, и вообще мы не можем сказать доподлинно, что он существует.

А на фига он вообще? Так-то, он успел сфотографировать Юпитер и передать снимки на Землю, пока не ушёл в межзвездные дали. Но на его борту есть позолоченная пластинка с таким рисунком:

На пластине изображены:

• молекула нейтрального водорода, как основного вещества, из которого у нас всё сделано;
• две человеческие фигуры, мужчины и женщины, типа, вот такие мы здесь живём, на фоне контура аппарата;
• относительное положение Солнца относительно центра Галактики и четырнадцати пульсаров - эти расходящиеся линии;
• схематическое изображение Солнечной системы (Земля наша - третья от Солнца) и траектория пролёта аппарата относительно планет.

Это как бутылка с посланием, брошенная в открытый океан. Через 2 миллиона лет Пионер -10 долетит до созвездия Альдебаран. Откупорят бутылку "альдебараны", прочитают наше послание и всё о нас узнают.

<<< Назад I Вперед >>>