سرعت فرار، فضاپیماها، ستاره ها و سیارات

حتماً تا به حال شیر یا خط انداخته اید. سکه ای را به هوا پرتاب می کنید. سکه بسته به شدت پرتاب شما کمی بالا می رود و دوباره برمی گردد و شما منتظرید تا ببینید کدام روی سکه خواهد آمد. آیا …

حتماً تا به حال شیر یا خط انداخته اید. سکه ای را به هوا پرتاب می کنید. سکه بسته به شدت پرتاب شما کمی بالا می رود و دوباره برمی گردد و شما منتظرید تا ببینید کدام روی سکه خواهد آمد. آیا تا به حال به این فکر کرده اید که سکه را چنان محکم پرتاب کنید که برود و دیگر برنگردد!؟ اگر جزو کسانی باشید که این ایده را آزموده اید، حتما با شکست مواجه شده اید. این مسأله ارتباط مستقیمی با تعریف "سرعت فرار" دارد. سرعت فرار، برابر سرعت اولیه ی لازم برای پرتاب هر جسمی به خارج از میدان گرانش است. در مسأله ی ذکر شده قصد داشتیم از گرانش زمین فرار کنیم، پس در حقیقت باید به سرعت فرار از سطح زمین برسیم. اندازه ی سرعت فرار روی سطح زمین برابر ۲/۱۱ کیلومتر بر ثانیه است یعنی بیش از ۴۰۰۰۰ کیلومتر بر ساعت. اما می توان سرعت فرار را برای هر یک از سیارات دیگر، اقمار و حتی ستاره ها حساب کرد. از آنجا که سرعت فرار متناسب با نیروی گرانش، یا به عبارت درست تر، متناسب با جرم جسم است، می تواند به عنوان یکی از مشخصه های یک ستاره یا سیاره به کار رود. برای مثال سرعت فرار از سطح ماه ۴/۲ ، از سطح خورشید ۶۱۷ و از کهکشان راه شیری حدودا ۱۰۰۰ کیلومتر بر ساعت است. (باشگاه نجوم تهران) دلیل این که یک سیاهچاله هم سیاهچاله می شو د این است که سرعت فرار در مرزهای آن بیش از سرعت نور می شود، بنابراین حتی نور هم که بالاترین سرعت شناخته شده در طبیعت را دارد از سیاهچاله فرار نمی کند. پس هر چه جسم پر جرم تر باشد، سرعت فرار بیشتر است یعنی سخت تر می توان از سطح آن فرار کرد.

اما اشتباه متداولی که وجود دارد آن است که بعضی فکر می کنند، فضاپیماها و ماهواره ها برای خروج از جو زمین، یا برخاستن از سطح یک سیاره باید به سرعت فرار برسند. در حالی که چنین نیست. (باشگاه نجوم تهران) سرعت فرار وقتی نیاز است که هیچ نیروی دیگری به فضاپیما وارد نشود. درست مثل سکه که از دست شما رها می شود و در مدتی که در هوا معلق است، دست شما آن را به بالا یا پایین هل نمی دهد و فقط نیروی جاذبه روی آن اثر می کند. اما فضا پیماها دارای موتوری هستند که به طور مداوم به آنها نیرو وارد می کند به طوری که می تواند بر نیروی جاذبه غلبه کند و به سمت بالا حرکت کند. همان طور که حتما لحظه ی پرتاب سفینه های فضایی را دیده اید، آنها از سرعت صفر شروع به حرکت می کنند و کم کم شتاب می گیرند و سرعتشان افزایش می یابد. این در حالی است که سکه در یک لحظه به سرعت خاصی می رسد و رها می شود. سکه در طول پرواز از سرعت خود خرج می کند تا به بالا برود تا جایی که سرعتش به صفر برسد. در آن هنگام مجددا به سمت پایین برمی گردد. اگر بخواهیم سرعت فرار را با همین روش تعریف کنیم باید چنین بگوییم: اگر سکه را با سرعت فرار پرتاب کنید، سرعت سکه در بی نهایت به صفر خواهد رسید. معنی این حرف آن است که سکه هرگز به پایین برنمی گردد.

نویسنده: محمد سنگری