Mértékek és hétköznapok · 3 perc olvasás
Egy gramm súlyánál kisebb erővel is gyorsulhat egy űreszköz?
Egy napvitorla hajtóereje millinewtonos nagyságrendű is lehet. Ez kicsinek tűnik, a hosszan tartó erőhatás mégis mérhető sebességváltozást okozhat. A döntő kérdés az erő mellett a gyorsított teljes tömeg és az idő.
Ebben a cikkben
Fényből tolóerő
A NASA napvitorlás ismertetője szerint a nagy, könnyű felületre érkező napfény nyomása hajtásra használható. A JAXA 2010. július 9-i közleménye az IKAROS űreszköznél 1,12 millinewton fényből származó tolóerőről számolt be a pályameghatározás alapján. Ez történeti mérési eredmény, nem a következő számolásunk bemenete.
A saját modellben válasszunk négyzetméterenként 9 mikronewton, azaz 0,000009 N/m² effektív nyomást. Ezt a felületre merőlegesen ható, állandó értékként rögzítjük. A tényleges hatás függhet a napsugárzástól, a vitorla optikai tulajdonságaitól és a helyzetétől; ezek változását most nem követjük.
Száz négyzetméter és kilenctized millinewton
A választott vitorlafelület 100 m². A modell erője 100 × 0,000009 = 0,0009 N, vagyis 0,9 millinewton. A mikro és a milli előtag között ezerszeres lépcső van: 900 mikronewton ugyanannyi, mint 0,9 millinewton.
Földi súlyegyenértéket 9,81 m/s² gyorsulással számolva ez 0,0009 / 9,81 ≈ 0,0000917 kg, azaz körülbelül 0,092 gramm súlyának felel meg. A gramm itt csak az erő nagyságát szemléltető tömegegyenérték; a tolóerőt továbbra is newtonban tartjuk nyilván.
Egy nap alatt több méter másodpercenként
Tegyük fel, hogy a vitorlával együtt a teljes gyorsított rendszer tömege 10 kg. A gyorsulás erő osztva tömeggel: 0,0009 / 10 = 0,00009 m/s². Egy nap 86 400 másodperce alatt, végig azonos irányú és állandó gyorsulással számolva a sebességváltozás 0,00009 × 86 400 = 7,776 m/s.
Ez körülbelül 28 km/h sebességváltozásnak felel meg. Harminc azonos nap 233,28 m/s-ot adna ugyanebben az idealizált modellben. A hosszan tartó kis erő így jól érzékelhető összhatást eredményezhet; az idő alatt végbemenő irány- és pályaváltozásokat a példából elhagytuk.
A nagyobb vitorlát is vinni kell
Ha a felület kétszeres, miközben a teljes tömeg változatlan, az erő és a gyorsulás is kétszeres. Ha a felülettel együtt a teljes tömeg is kétszeres, a gyorsulás változatlan marad. A hasznos összehasonlító adat ezért a teljes rendszer felület/tömeg aránya.
Egy valódi küldetésnél a Nap távolsága, a vitorla állása, az árnyékos szakaszok és a gravitáció is része a pályaszámításnak. A cikk 7,776 m/s-os eredménye a rögzített feltételek egyenes vonalú sebességváltozása. Konkrét űrszonda útvonalát ebből önmagában nem lehet megadni.
A példák és a források
A számpéldák saját, szemléltető feladatok; a megadott feltételezésekből és képletekből újraszámolhatók. Valós vállalkozásra, országos statisztikára vagy jövőbeli eredményre nem vonatkoznak.
- NASA: Advanced Composite Solar Sail System — a fény nyomásával működő hajtás ↗
- JAXA, 2010. július 9.: az IKAROS fotongyorsításának megerősítése ↗
Forrásellenőrzés: 2026-11-09. A hivatkozások a fogalmakat és a módszert támasztják alá; a példaszámítások a cikk részei.
Négy kérdés a cikkhez
A válaszokból kiderül, melyik összefüggést érted már, és melyik részt érdemes újraolvasnod. A válaszokat és a pontszámot nem mentjük.
