Làm thế nào để một súng cao su trọng lực thực sự hoạt động?


13

Từ những gì tôi biết về quỹ đạo hình elip, một vật thể tăng tốc gần periapsis và chậm lại ở apoapsis, giống như chúng ta đã học trong vật lý học ở trường trung học cách một quả cầu sẽ lăn xuống và quay trở lại một thung lũng trong chân không ma sát: Chiều cao nghịch đảo tỷ lệ thuận với tốc độ.

Thao tác "súng cao su trọng lực" mà chúng ta đã thấy trong khoa học viễn tưởng và thậm chí được sử dụng bởi tàu vũ trụ của chúng ta dựa vào vật lý của các quỹ đạo hyperbol, trong đó một vật thể vừa đi vào quỹ đạo trước khi thực hiện một vòng quanh hành tinh / mặt trăng / v.v. . Vì trọng lực đẩy phi thuyền về phía cơ thể đó trong khi chúng hướng tới và ra khỏi nó, nên tốc độ của phi thuyền có giống nhau ở (ví dụ) 1 megameter trước khi periapsis là 1 megameter sau không? Nếu vậy, thì súng cao su trọng lực chỉ nên có mục đích cuối cùng là chuyển hướng quỹ đạo của tàu, chứ không phải tăng tốc độ của nó, như tên gọi của nó.

Sự hiểu biết của tôi trong một sơ đồ đơn giản: Ba chấm màu xám biểu thị một vật thể duy nhất khi nó di chuyển dọc theo một con đường nằm bên dưới một vòng tròn lớn màu xanh biểu thị một cơ thể lớn.  Dấu chấm màu xám thứ nhất và thứ ba có nhãn khai báo tốc độ là x và dấu chấm thứ hai có nhãn khai báo tốc độ lớn hơn nhiều so với x

Câu trả lời:


5

Sơ đồ nằm trong khung còn lại của hành tinh. Bây giờ giả sử một tàu vũ trụ đang chậm lại trong khung của hệ mặt trời. Một hành tinh ở gần đó, vì vậy bây giờ nó bắt đầu tăng tốc do trọng lực và tăng tốc. Bây giờ, sự gia tăng tốc độ này được thêm vào một số thành phần của tốc độ chuyển động của hành tinh khi nó xuất hiện ở phía bên kia (thành phần được thêm vào này có thể được thay đổi bằng cách thay đổi góc mà nó tiếp cận hành tinh, để tối đa hóa hiệu ứng súng cao su ). Khi đã ra khỏi tầm ảnh hưởng của hành tinh, tàu vũ trụ có vận tốc tương tự như trước đây, cộng với một thành phần chuyển động của hành tinh, cho phép nó di chuyển ra xa hơn. Đây là hiệu ứng súng cao su.

Cố gắng nhìn điều này theo một cách khác, xem xét động lượng góc của tàu vũ trụ. Miễn là nó chỉ chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn của mặt trời, động lượng góc của nó không thể thay đổi. Tuy nhiên, một khi nó chịu ảnh hưởng của một hành tinh khác, hai khoảnh khắc góc - một mặt trời và một hành tinh (do chuyển động tương đối của chúng) - thêm và một khi thoát khỏi ảnh hưởng hấp dẫn của hành tinh, các thành phần tương đối của chúng có thể được điều chỉnh (dựa trên góc tiếp cận hành tinh và góc mà nó bay đi sau súng cao su) để tăng động lượng góc quay mặt trời, từ đó đưa nó lên quỹ đạo lớn hơn, cho phép nó đi xa hơn đi xa hơn trước.


Ồ, vậy nó sẽ làm họ chậm lại nếu họ di chuyển ngược lại quỹ đạo của hành tinh?
Supuhstar

2
Vâng, nó sẽ. Thành phần có thể dương hoặc âm và trong trường hợp trên, nó sẽ âm. Tuy nhiên, do tất cả các hành tinh đều có cùng một ý nghĩa về cuộc cách mạng xung quanh mặt trời, nên ít nhất về mặt lý thuyết là có thể tạo ra một quỹ đạo phụ thuộc vào nhiều súng cao su theo cùng một hướng.
Takku

Vì vậy, chiến thuật này sẽ không làm việc với một ngôi sao?
Supuhstar 10/2/2015

7

Đây là một sự hiểu biết trực quan mà không cần giải thích toán học hoặc vật lý (những người khác sẽ cung cấp những thứ đó ở đây):

Bạn có quyền rằng việc tiếp cận và rời khỏi vùng lân cận của một hành tinh trong chính nó sẽ tăng thêm hiệu quả. Hỗ trợ trọng lực là hiệu ứng của việc "kéo theo" với sự chuyển động của hành tinh. Nếu một tàu vũ trụ tiếp cận hành tinh từ phía sau trong quỹ đạo của nó, nó sẽ bị kéo theo và tăng tốc. Nếu một tàu vũ trụ tiếp cận từ phía trước hành tinh trên quỹ đạo của nó, tàu vũ trụ sẽ chậm lại khi trường trọng lực chuyển động của hành tinh gặp gỡ kéo nó về phía sau.


3

Bạn đã đúng rằng tốc độ ra của hyperbola cũng giống như tốc độ đến đối với cơ thể nằm ở trọng tâm của hyperbola. Hướng được thay đổi.

Nhưng đối với một cơ thể khác, sự thay đổi hướng có thể có nghĩa là thay đổi tốc độ.

Dưới đây là sơ đồ về cách mặt trăng có thể được sử dụng trong việc bắt một tiểu hành tinh để giảm quỹ đạo hyperbol của nó đối với trái đất đối với quỹ đạo chụp về trái đất:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.