יום שני, 30 באפריל 2012

גם חלליות רובוטיות מצייתות לשלושת החוקים

[יתכן ששמתם לב שאני לא כותב הרבה לאחרונה. יש לכך שלל סיבות, שאת כולן אפשר לתמצת במלה "עומס". עם זאת השתדלתי להמשיך לעדכן בדיווחים קצרים ודיונים בדף הפייסבוק "מסה קריטית", שצבר לאחרונה חשיפה לא קטנה בזכות הפעילות שם. מאחר ואני סבור שבאופן תקין צריך לנצל את שתי הפלטפורמות (פייסבוק והבלוג) במקביל, אשתדל לחזור להציף את הפיד שלכם בפוסטים רבים בהקדם האפשרי. הכינו את עצמכם!]


אנחנו יודעים לא רע לצפות התנהגות של חפצים בסביבה מוכרת. כוס מים שנדחוף מהשולחן תיפול הישר מטה, תפגע ברצפה ותתנפץ. המים ישפריצו על כל הסביבה, ואנחנו נאלץ לנקות את השברים. בנהיגה אנחנו יודעים שלחיצה על דוושת הגז תאיץ את המכונית בעוד שדוושת הבלם תאט אותה. שחקן כדורסל מיומן מסוגל לקלוע מקו השלוש אפילו בלי להכיר את חוקי הפיסיקה. אבל כל היכולת שלנו לצפות את ההתרחשויות הללו נובעת מהניסיון שצברנו בחיינו. ניסיון בסביבה שהחוקים בה ברורים וידועים, בה כוח המשיכה פועל בכיוון ברור מאד, אור השמש לא יכול לדחוף ולהפיל אותך וקשה עד בלתי אפשרי להשיג דירה בתל-אביב.
הבעיה היא שלגבי החלל אין לנו שום ניסיון אישי, ושום אינטואיציה, ולכן יש הרבה תפישות שגויות לגבי האופן שבו דברים מתרחשים שם.
אחת הדרכים לצבור ניסיון
להלן שלושה דברים שרוב האנשים תופשים באופן שגוי לגבי התנהגות עצמים בחלל:

1. בחלל יש כוח משיכה.
הו, אילו רק הייתי מקבל שְׁנֶקֶל על כל פעם ששמעתי את המשפט "הירח/לווין לא נופל על כדור הארץ כי בחלל אין כוח משיכה". כשאני שואל "אז למה הירח ממשיך להקיף את כדור הארץ?", התשובה המקובלת היא שתיקה מבולבלת. "מה? הירח מקיף את כדור הארץ?!" היא התשובה הלא מקובלת.
תפוחים. המציאו את חוק הכבידה.
אז מה בדיוק קורה שם בחלל?
ובכן, בחלל יש כוח משיכה (או כבידה, או גרוויטציה. זה היינו הך). מקור הכוח הוא מעצם 
קיומה של מסה (כלומר חומר) ביקום, והוא גורם למסות אחרות להימשך אליו. עם זאת, זהו כוח חלש מאד, והוא הולך ונחלש במהירות ככל שמתרחקים מהמסה המושכת. במלים אחרות, אין גבול לטווח שלו, אבל הוא דועך לממדים זעירים וכמעט חסרי השפעה כאשר מתרחקים מספיק מהמסה המושכת.
כמה זה מספיק? תלוי בגודל המסה. כאשר מצטברת כמות ענקית של חומר במקום אחד, כמו כוכב או כוכב-לכת, הכוח מצטבר אף הוא לממדים מפלצתיים. זו הסיבה שהשמש יכולה להשאיר את כוכבי הלכת לכודים בשדה הכבידה שלה, ושכוכבי הלכת מסוגלים ללכוד ירחים משלהם. גופים קטנים, כמו למשל אסטרואידים, מסוגלים להחזיק ירחים קטנים, אבל מספיקה הפרעה לא גדולה (למשל מעבר קרוב לאסטרואיד אחר) כדי לנתק את הקשר בינהם ולהבריח את הירחים.

2. עצמים במסלול נמצאים בנפילה.

"אם כוח המשיכה משפיע על הירח והלווינים, אז איך זה שהאסטרונאוטים מרחפים כשהם בחלל, ואיך זה שלווינים לא נופלים?" התשובה היא, שהם נופלים ועוד איך! החוכמה היא, כידוע, ליפול ולהחמיץ את הקרקע.

אם זורקים אבן, היא עפה במסלול קשתי שבסוף מתעקל מטה והיא צוללת חזרה עד לפגיעה בקרקע במרחק מה מאיתנו. אם ניקח את האבן ונזרוק אותה בעוצמה רבה, היא תעוף במסלול קשתי שונה, שיפיל אותה לקרקע הרבה יותר רחוק.

כעת ניתן לסופרמן לזרוק את האבן. הוא יכול להשליך אותה מספיק חזק כדי שהיא תיפול לקרקע מעבר לאופק. האבן עדיין נופלת לקרקע, אבל כיוון שכדור הארץ הוא משטח קמור, כיוון ה"למטה" משתנה (נתעלם מחיכוך האוויר ומדברים שבולטים מהקרקע. אם לא עצרתם ב"סופרמן" אז השאר לא צריך להפריע לכם יותר).

גוף בנפילה חופשית

עכשיו סופרמן ישליך את האבן ממש חזק. היא תעבור מעבר לאופק ותמשיך לצבור מרחק תוך כדי נפילה, אבל הקרקע הקמורה לא תאפשר לה לסיים את הנפילה, עד שלבסוף היא תחבוט בעורפו של הזורק. לסופרמן זה לא יפריע. הוא ירים את האבן ויזרוק שוב בדיוק באותו אופן, אבל הפעם, ברגע שהאבן תתקרב מאחוריו, הוא יזוז הצידה ויאפשר לה להמשיך במעופה. האבן עכשיו במסלול סביב כדור הארץ, ועדיין נופלת.

האבן לא תפגע בקרקע בגלל המהירות שלה!
זה בדיוק מה שקורה עם הירח - המהירות שלו משאירה אותו במסלול ולא מאפשרת לו להתרסק על הארץ. לווינים מלאכותיים - מעניקים להם מהירות ש"תתנגד" לכוח המשיכה וכך הם נופלים סביב כדור הארץ.

אסטרונאוטים - אותו הסיפור. הם לא מרגישים את כוח המשיכה כי הם בנפילה חופשית, ולכן הם "מרחפים" יחסית לחללית שלהם, ונופלים יחד איתה במסלול סביב העולם.
אסטרונאוטים וסלט פירות בתחנת החלל הבינלאומית

3. בחלל אין תנועה בקו ישר.

אנחנו רגילים שכאשר רוצים להגיע מהסביח שבצומת לתחנת האוטובוס, הולכים בקו ישר ככל האפשר כי זה הכי מהיר והכי פחות מעייף. במיוחד כשהפיתה נפתחת מלמטה. בחלל זה לא יעבוד. אמנם יתכן שבקרוב יפתח דוכן סביח על אסטרואיד סמוך, אבל אי אפשר להגיע אליו באמצעות ההוראות של ווייז. הסיבה היא שנפילה היא לא לאורך קווים ישרים, אלא במסלולים קשתיים שונים כמו אליפסות והיפרבולות.
גם אם נתרחק מהשפעת כוח המשיכה של כדור הארץ, עדיין נהיה בטווח ההשפעה של כוח המשיכה העצום של השמש. גם אם נתרחק הרחק מהשמש אל המרחבים הבין-כוכביים, עדיין נהיה בטווח ההשפעה של מרכז הגלקסיה שלנו, וכן הלאה. תמיד בטווח השפעה של כבידה, תמיד במסלול סביב מוקד המשיכה הגדול והקרוב ביותר.
ניקח לדוגמה את הגשושה גלילאו, שטסה בשנות ה- 90 לצדק. המסלול התחיל כמסלול סביב כדור הארץ, המשיך כמסלול סביב השמש, עבר בדרך ליד נוגה (למרות שזה בכלל בכיוון ההפוך) לצבירת מהירות, ושוב ליד כדור הארץ, האסטרואיד גספרה, שוב כדור הארץ, האסטרואיד אידה, ורק אז במסלול סביב השמש עד למפגש עם צדק, וכניסה למסלול סביבו.
מסלול הטיסה של הגשושה גלילאו
טיסות חלל לא יכולות שלא להיות במסלול כי הכבידה הוא הכוח העיקרי שפועל עליהן, ולכן לעולם לא יהיו בקו ישר. אלא אם רוצים להפעיל מנועים כל הדרך ולהתנגד לכוחות המשיכה. באופן עקרוני זה אפשרי, אבל רצוי לזכור שדלק לטיסות חלל עולה הרבה יותר מ- 8 ש"ח לליטר.


אם אהבתם, אל תשמרו רק לעצמכם; שתפו ברשתות החברתיות! 

נ.ב. שלושת החוקים הם חוקי קפלר כמובן, אלא מה?


4 תגובות:

  1. מהנה ביותר - ולא רק לגיקים.

    השבמחק
  2. תגובה זו הוסרה על ידי מנהל המערכת.

    השבמחק
    תשובות
    1. צר לי, זה לא המקום לפרישת אג'נדה אישית.

      מחק