Accelerația gravitațională

Mișcare de cădere liberă
Caderea libera este un caz aparte de miscare in care actioneaza asupra unui obiect numai forta gravitationala. Obiectele care sint in cadere libera si nu sufera rezistenta aerului sint accelerate numai de influenta gravitatiei. In aceste conditiitoate obiectele cad cu aceeasi acceleratie indiferent de masa lor. De ce? Considera miscarea de cadere libera a unei pietre 10-kg si a unei pietre de
1-kg.

Daca aplicam miscarilor de cadere Legea 2 a lui Newton si daca construim diagrama corpului liber vom vedea ca piatra de 10-kg sufera o forta de gravitatie mai mare. Aceasta forta mai mare ar putea avea ca efect direct o acceleratie mai mare a pietrei si astfel bazindu-te numai pe forta ai putea spune ca piatra de 10-kg ar accelera mai repede. Dar acceleratia depinde de doi factori, forta si masa. Piatra de 10-kg are in mod obisnuit inertie mai mare pentru ca are masa mai mare decit piatra de 1-kg. Aceasta masa marita are un efect invers asupra acceleratiei pietrei. Astfel efectul fortei mai mari asupra pietrei de 10-kg este anulat de efectul invers al masei mai mari si astfel orice piatra accelereaza la fel 10 m/s². Raportul forta/masa (F_net/m) este constant pentru orice obiect in cadere libera si acest raport este chiar acceleratia obiectului.

Căderea considerând rezistența aerului
In timp ce un obiect cade prin aer in mod obisnuit intimpina rezistenta aerului in anumite masuri. Rezistenta aerului se datoreaza coliziunii dintre moleculele de aer si suprafata obiectului. Marimea rezistentei aerului intimpinata de un obiect depinde de mai multi factori. Cei mai inportanti si cunoscuti factori sint viteza (creste numarul ciocnirilor odata cu viteza si creste si rezistenta aerului) si suprafata proiectata a obiectului perpendicular pe directia de cadere (creste suprafata, creste numarul de ciocniri si creste rezistenta).

Viteza finala constanta

De ce un obiect care intimpina rezistenta aerului ajunge in cele din urma la viteza finala constanta? Sa raspundem acestei intrebari aplicind legea 2 a lui Newton la miscarea de cadere a unui parasutist. Diagramele corpului liber care arata fortele ce actioneaza asupra a parasutistului de 100-kg (cu fulgi cu tot cum se spune) sint date mai jos. Pentru fiecare caz foloseste diagrama sa afli forta efectiva si acceleratia la fiecare moment din timpul de cadere. Apoi afla raspunsul din meniul saritor.



Aceste diagrame ilustreaza un principiu. Pe masura ce obiectul cade, capata viteza. Aceasta crestere conduce la o mai mare rezistenta a aerului. In cele din urma rezistenta aerului devine foarte mare si sufiecienta sa echilibreze forta gravitationala. In acest moment forta efectiva devine 0 Newton-i si obiectul inceteaza acceleratia. Se spune despre obiect ca a ajuns la "viteza finala" care este constanta. Orice schimbare de viteza este rezultatul schimbarii sumei fortelor individuale care actioneaza asupra obiectului. Cind se stabileste echilibrul, viteza de echilibru se numeste "viteza finala" sau "viteza de echilibru".

In situatiile in care rezistenta aerului exista, obiectele mari, masive cad mai repede decit cele mici mai putin masive. De ce? Pentru a raspunde la aceasta intrebare sa vedem doua diagrame pentru obiecte de mase diferite. Sa consideram doi parasutisti: unul ca masa de 100 kg (parasutist cu parasuta) si altul cu masa de 150 kg (parasutist cu parasuta). Diagramele sint mai jos si reprezinta momentul in care s-a ajuns la viteza finala.
Asa cum am invatat mai inainte, marimea rezistentei aerului depinde de viteza obiectului. Obiectele ca parasutistii de deasupra vor continua sa accelereze la viteze mai mari pina rezistenta aerului pe care o intimpina devine egala cu greutatea lor. Pentru ca parasutistul de 150-kg cântareste mai mult (sufera o forta de atractie gravitationala mai mare), va ajunge sa accelereze la viteza mai mare inainte de a ajunge la viteza lui finala. Forta de rezistenta a aerului este aproximativ egala, dar diferenta Fnet=Fgrav-Fair forta efectiva este mai mare si ca urmare acceleratia parasutistului de 150 kg a₁₅₀=(F_grav150-F_air)/150 este mai mare decit acceleratia parasutistului de 100 kg a₁₀₀=(F_grav100-F_air)/100 pentru ca (g-F_air/150)-(g-F_air/100)>0. Astfel obiectele masive cad mai repede decit cele mai mici pentru ca sint actionate de o forta efectiva mai mare. De observat si ca daca F_air=0, atunci a₁₅₀=a₁₀₀=g avem cadere libera (fara rezistenta aerului) Evident pentru a avansa in cunoasterea aplicatiilor fizicii ne putem gindi si la ecuatii mai complicate in care se ia in consideratie si dependenta F_air de viteza si de suprafata printr-o functie F_air= f(viteza v, aria A)=(k₁v)*(k₂A) unde k₁ si k₂sint coeficienti ce depind de viteza obiectului respectiv de aria proiectata pe directia de cadere.

Corpul ceresc	Multiplu al gravitaţiei terestre	m/s2
Soare	27.90	274.1
Mercur	0.3770	3.703
Venus	0.9032	8.872
Pământ	1 (prin definiţie)	9.8067
Lună	0.1655	1.625
Marte	0.3895	3.728
Jupiter	2.640	25.93
Io	0.182	1.789
Europa	0.134	1.314
Ganymede	0.145	1.426
Callisto	0.126	1.24
Saturn	1.139	11.19
Titan	0.138	1.3455
Uranus	0.917	9.01
Titania	0.039	0.379
Oberon	0.035	0.347
Neptun	1.148	11.28
Triton	0.079	0.779
Pluto	0.0621	0.610
Eris (planetă pitică)	0.0814 (aprox.)	0.8 (aprox.)

Naveta Spațială Challenger

Naveta Spațială Challenger, construită pentru zborul pe orbită OV-099, a fost a doua navetă spațială construită de NASA, prima fiind Columbia. Prima misiune a început pe 4 aprilie 1983. Naveta a reușit să efectueze 9 misiuni complete, cea de-a zecea lansare fiind și ultima lansare pe care a efectuat-o naveta Challenger. Pe data de 28 ianuarie 1986, naveta a explodat la doar 73 de secunde de la lansare, din explozie rezultând și decesul celor șapte membri ai echipajului. Din cauza acestui accident, timp de doi ani și jumătate nici o navetă americană nu a mai realizat vreo misiune spațială, până la lansarea lui Discovery în anul 1988, în cadrul misiunii STS-26. Challenger a fost înlocuită de Endeavour, lansată pentru prima dată în 1992.

Construcția

Naveta a fost construită pe scheletul STA-099 care nu a fost concepută inițial pentru zborul spațial, dar NASA a considerat că era mai bine să recicleze acest schelet și să construiască naveta Challenger decât să reconstruiască naveta Enterprise.

Challenger a fost concepută cu mai puține dale decât Columbia, în sistemul de protecție termică. Acestă modificare îi permitea navetei să transporte cu 1.100 kg mai mult decât Columbia. Challenger a fost de asemenea și prima navetă care avea un display frontal pentru a-l folosi la aterizare.

Zboruri și modificări

După primul zbor în aprilie 1983, Challenger a devenit rapid naveta spațială preferată a celor de la NASA având mai multe misiuni într-un an decât Columbia. În anii 1983 și 1984 Challenger a realizat 85% dintre misiunile spațiale ale NASA. Chiar și după ce au fost create rachetele Discovery și Atlantis. Challenger a fost modificată odată cu Discovery la Centrul Spațial Kennedy pentru a putea plasa Centaur-G în afara orbitei pământului. Misiunea STS-51-L a fost un succes.

Echipajul ultimei misiuni Challenger

Cu naveta spațială Challenger au ajuns în spațiu prima femeie, primul afroamerican, primul canadian, iar Challenger a fost și prima navetă lansată pe timpul nopții. Challenger a fost de asemenea și prima navetă spațială care a fost distrusă în timpul unei misiuni. Deoarece a fost distrusă atât de repede, Challenger a fost și singura navetă care nu a purtat sigla NASA.

Pierderile din Challenger

Naveta a fost distrusă în al doilea minut de la lansare în misiunea STS-51-L, a zecea misiune orbitală, pe 28 ianuarie 1988 la ora 11:38 când un inel de pe partea dreaptă s-a rupt. Inelul s-a rupt și datorită temperaturilor neobișnuit de reci. Datorită ruperii inelului a izbucnit o flacără din propulsor, flacără care a ajuns la rezervorul cu combustibil, ducând astfel distrugerea navetei. Specialiștii NASA vor să realizeze o navetă destinată explorării spațiului cosmic îndepărtat, aceștia nu vor mai folosi rachete cu tone de combustibil care îi duce până pe Lună și înapoi. NASA se gândește că poate să folosească energia nucleară pentru explorarea spațiului cosmic, sursa de energie va fi o baterie alimentată cu uraniu, care va cântări aproximativ 22 de kilograme. Ea va genera căldură, aceasta va fi transportată de 8 motoare Stirling și va produce o energie de aproximativ 500 de wați.