Velocitat d'escapament vs. velocitat orbital
La velocitat d'escapament i la velocitat orbital són dos conceptes molt importants implicats en la física. Aquests conceptes són molt importants en camps com els projectes de satèl·lits i la ciència atmosfèrica. La velocitat d'escapament és la raó per la qual tenim una atmosfera i la lluna no en té. És vital tenir una bona comprensió d'aquests conceptes per sobresortir en camps rellevants. Aquest article intentarà comparar la velocitat d'escapament amb la velocitat orbital, les seves definicions, càlculs, semblances i, finalment, diferències.
Velocitat d'escapada
Com sabem per la teoria del camp gravitatori, un objecte amb massa sempre atreu qualsevol altre objecte que es col·loqui a una distància finita de l'objecte. A mesura que augmenta la distància, la força entre els dos objectes disminueix amb el quadrat invers de la distància. A l'infinit, la força entre els dos objectes és zero. El potencial d'un punt al voltant d'una massa es defineix com el treball que s'ha de fer per portar un objecte de massa unitat des de l'infinit fins al punt donat. Com que sempre hi ha una atracció la feina que s'ha de fer és negativa; per tant, el potencial en un punt és sempre negatiu o zero. L'energia potencial és el potencial multiplicat per la massa de l'objecte portat. La velocitat d'escapament es defineix com la velocitat que s'ha de donar a un objecte per enviar-lo a l'infinit sense cap altra força. En termes d'energia, l'energia cinètica deguda a la velocitat donada és igual a l'energia potencial. Amb aquesta igu altat, obtenim la velocitat d'escapament com a arrel quadrada de (2GM/r). On r és la distància radial al punt en què es mesura el potencial.
Velocitat orbital
La velocitat orbital és la velocitat que ha de mantenir un objecte per estar en una òrbita determinada. Per a un objecte que va en una òrbita de radi r, la velocitat orbital ve donada per l'arrel quadrada de (F r / m) on F és la força neta cap a dins i m és la massa de l'objecte orbital. La força cap a dins d'un sistema de masses és GMm/r2 En substituir-la, obtenim la velocitat orbital com l'arrel quadrada de (GM/r). Això també es pot demostrar mitjançant la conservació d'energia mecànica d'un camp conservatiu. Cal tenir en compte que la velocitat orbital està canviant de direcció. Per tant, en realitat es tracta d'una acceleració, però la magnitud de la velocitat no canvia. Les petites pèrdues d'energia a l'espai fan que aquesta energia cinètica es redueixi i aleshores l'objecte arriba a una òrbita més baixa per estabilitzar-se.
Quina diferència hi ha entre la velocitat d'escapament i la velocitat orbital?
• La velocitat d'escapament és la velocitat necessària per escapar d'una superfície.
• La velocitat orbital és la velocitat necessària per mantenir un objecte en una òrbita.
• Aquestes dues quantitats són independents de l'objecte en moviment.
• La velocitat d'escapament es reduirà a mesura que l'objecte arribi a l'infinit i a l'infinit la velocitat serà zero.
• La velocitat orbital es manté constant durant tota l'òrbita. La velocitat orbital canvia de direcció.
