Se necesita un cierto nivel de velocidad para que un objeto alcance la órbita alrededor de un cuerpo celeste como la Tierra. Se necesita una velocidad aún mayor para liberarse de tal órbita. Cuando los astrofísicos diseñan cohetes para viajar a otros planetas, o fuera del sistema solar por completo, utilizan la velocidad de rotación de la Tierra para acelerar los cohetes y lanzarlos más allá del alcance de la gravedad de la Tierra. La velocidad requerida para liberarse de una órbita se conoce como velocidad de escape.
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- ¿Qué es la velocidad de escape?
- ¿Cómo funciona la velocidad de escape?
- ¿Cómo se calcula la velocidad de escape?
- ¿Cuál es la velocidad de escape de la Tierra?
- ¿Cuál es la diferencia entre la velocidad de escape y la velocidad orbital?
- ¿Quiere aprender más sobre la exploración espacial?
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¿Qué es la velocidad de escape?
La velocidad de escape, tal como se aplica a la ciencia espacial y los viajes espaciales, es la velocidad requerida para que un objeto (como un cohete) escape de la órbita gravitacional de un cuerpo celeste (como un planeta o una estrella).
¿Cómo funciona la velocidad de escape?
Al igual que la velocidad orbital, la velocidad de escape varía según la distancia a la que se encuentra un objeto desde un centro de gravedad. En términos prácticos, cuanto mayor sea la altitud del cohete sobre la Tierra, se requerirá menos velocidad para:
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- Orbita la tierra
- Escapar del campo gravitacional de la Tierra por completo
Una de las razones por las que los satélites de comunicaciones pueden orbitar la Tierra sin gastar energía constantemente es que subsisten a una altitud de millas sobre la Tierra. Por el contrario, un avión comercial, que vuela mucho más cerca de la superficie del planeta, debe ejercer constantemente energía para permanecer en el cielo. Según este mismo principio, se necesita comparativamente menos energía para que un cohete lejos de la superficie terrestre alcance la velocidad de escape que si el cohete volara cerca de la tierra.
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¿Cómo se calcula la velocidad de escape?
La velocidad de escape es una función de la velocidad orbital de un objeto. Si toma la velocidad requerida para mantener la órbita a una altitud dada y la multiplica por la raíz cuadrada de 2 (que es aproximadamente 1.414), obtendrá la velocidad requerida para escapar de la órbita y el campo gravitacional que controla esa órbita.
En el contexto de la exploración espacial humana, considere una nave espacial que actualmente orbita la Tierra. Si enciende su motor el tiempo suficiente, eventualmente irá lo suficientemente rápido como para volar al espacio profundo, escapando de la gravedad del planeta. Esa velocidad, llamada velocidad de escape, es simplemente la raíz cuadrada de 2, o un 41 por ciento más rápida que la velocidad orbital.
¿Cuál es la velocidad de escape de la Tierra?
En términos teóricos, la velocidad de escape en la superficie de la Tierra es de 11,2 km por segundo (6,96 millas por segundo). La velocidad de escape en la superficie de la luna es de aproximadamente 2,4 km por segundo (1,49 millas por segundo).
En la aplicación práctica, estos números no son muy importantes. Los cohetes no escapan de la gravedad de la Tierra lanzándose directamente desde la superficie. Más bien, los ingenieros astronómicos primero envían estos cohetes a la órbita y luego usan la velocidad orbital como una honda para propulsar un cohete a su velocidad de escape necesaria. Además, las velocidades de escape enumeradas anteriormente no tienen en cuenta la resistencia atmosférica, que en realidad aumentaría la velocidad requerida para escapar del campo gravitacional del planeta. Esta es una razón más por la que los científicos de cohetes primero pusieron una nave espacial en órbita antes de disparar para la velocidad de escape.
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Ver claseLa velocidad orbital es la velocidad requerida para alcanzar la órbita alrededor de un cuerpo celeste, como un planeta o una estrella, mientras que la velocidad de escape es la velocidad requerida para salir de esa órbita. Mantener la velocidad orbital requiere viajar a una velocidad sostenida que:
- Se alinea con la velocidad de rotación del cuerpo celeste.
- Es lo suficientemente rápido como para contrarrestar la fuerza de gravedad que tira del objeto en órbita hacia la superficie del cuerpo.
La velocidad orbital es posible gracias a la superficie curva de un planeta, estrella u otro cuerpo celeste. Un objeto en órbita tiende a moverse en línea recta, mientras que el cuerpo lo hace en curvas. Como tal, la curvatura constante del cuerpo en órbita evita que el objeto en órbita caiga hasta la superficie, siempre que el objeto en órbita mantenga la velocidad adecuada.
En el espacio, es más fácil mantener una velocidad constante que en la tierra, debido al principio de inercia. Una de las leyes de inercia de Sir Isaac Newton establece que un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Dentro de la atmósfera terrestre, un objeto volador se encuentra con muchas moléculas de aire, que reducen acumulativamente la velocidad de ese objeto mientras vuela por el cielo. A medida que viaja más allá de la atmósfera de la Tierra, el aire se vuelve más vacío, con menos moléculas para contrarrestar la velocidad de avance de un objeto en órbita.
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