Si tuviera un jet pack que cancelara perfectamente la gravedad de la Tierra, ¿cuánta fuerza necesitaría poner en un salto para escapar de la atmósfera?

Fui de ida y vuelta en este caso. Mis pensamientos fueron algo como:

  1. Sí, cualquier empuje funcionaría, debido a la inercia.
  2. No, debido a la resistencia del aire.
  3. Sí, debido a la flotabilidad.
  4. Espera, ¿sucederá algo complicado con la combinación de flotabilidad y resistencia del aire a medida que el aire se vuelve más delgado?
  5. No, estoy bastante seguro de que está bien, así que …
  6. ¡Sí, funcionaría incluso sin ningún empuje!

En esencia, se elevaría por la misma razón que se eleva un globo de helio: la fuerza de flotación que lo empuja hacia arriba, que es igual en magnitud al peso del fluido que está desplazando, es mayor que su propio peso tirando de él hacia abajo. Esto da como resultado una fuerza neta hacia arriba y, por lo tanto, el globo acelera hacia arriba, hasta que se mueve lo suficientemente rápido como para que la resistencia del aire (más su propio peso) equilibre la fuerza de flotación. Luego, se eleva a una velocidad constante. (Cuál es exactamente esa velocidad depende de cosas como la masa, el volumen y la forma del globo).

Lo mismo le sucedería a usted: con su jetpack que proporciona exactamente el empuje suficiente para contrarrestar la gravedad, las únicas fuerzas que quedan sobre usted son del aire (fuerza de flotación y arrastre). Entonces, se elevará un poco como un globo de helio (aunque no alcanzará la velocidad máxima tan repentinamente, ya que el jetpack elimina efectivamente su peso , pero no su inercia ), y alcanzará una velocidad constante a la que las fuerzas se equilibran (que dependerá, por supuesto, de la masa, el volumen y la forma combinados de usted y su equipo).

El aire se vuelve más delgado a medida que asciende, pero dado que tanto la resistencia del aire como la fuerza de flotación son directamente (linealmente) proporcionales a la densidad del aire, si las fuerzas se equilibran a una velocidad determinada para el aire denso, las fuerzas aún deben equilibrarse a la misma velocidad cuando el aire es más delgado, siempre que su forma no cambie.

Entonces, se elevará a través de la atmósfera, a una velocidad constante igual a la velocidad terminal de un objeto en forma de usted con el doble de densidad del aire, hasta que intervenga alguna otra influencia (como el viento solar, o patrones climáticos, o fuerzas gravitacionales de algo diferente a la Tierra).

A menos que tenga la mala suerte de golpear una corriente descendente persistente, al menos debería hacerlo lo suficientemente alto como para que haya “escapado de la atmósfera”.

Tenga en cuenta, además, que esta es prácticamente la única forma de escapar; escapar por la fuerza bruta de tu salto sería extremadamente difícil. Para escapar sin depender de la flotabilidad (más o menos, antes de que la resistencia del aire pudiera ralentizarlo a la velocidad constante descrita anteriormente), necesitaría un escudo térmico increíble para evitar quemarse en la atmósfera. (Además, el jetpack sería básicamente irrelevante en ese punto, a menos que tuvieras una gran masa).

Los átomos de oxígeno tienen muy poco peso, y algunos de ellos eventualmente se difunden hasta la exosfera. La velocidad media es baja. Entonces, una vez que aumente su jetpack para darle incluso una velocidad constante de, digamos, 1 mph (revolotear requiere tanto trabajo como elevarse a una velocidad constante), eventualmente puede salir de la atmósfera.

Esta es la “magia” detrás del elevador espacial – Wikipedia.

Similar a esta serie de TV: Salvage 1 (Serie de TV 1979–)

En cuanto a la posibilidad, considere que solo si tiene la intención de escapar de la Tierra por completo, ¿tiene sentido? Puede que estés en altitud, pero no tendrás velocidad orbital a esa altitud. Ni siquiera la órbita geosíncrona.

Se necesitaría mucha más energía para hacerlo lentamente, durante horas, ya que solo se necesita un poco más de potencia para alejarse un poco de la aceleración de la Tierra. Esto le permite entrar en órbita, en cuestión de minutos.

Si no hubiera resistencia del aire, entonces la respuesta sería “¡Ninguna!”. El más mínimo toque de su pie en el suelo sería suficiente para lanzarlo lentamente más allá de la órbita de la tierra. La cantidad de fuerza que necesitarías dependería de la velocidad a la que quisieras salir.

Con resistencia al aire, el problema es mucho más sutil.

La resistencia del aire aumenta dramáticamente cuanto más rápido vayas.

Si pudieras moverte MUY LENTAMENTE hacia arriba, entonces la resistencia del aire sería mínima, pero todavía estaría allí, por lo que eventualmente te detendrías.

Si empujas más fuerte, la resistencia del aire te ralentizará mucho más rápido, por lo que eso solo ayuda hasta cierto punto.

Sabemos que la velocidad terminal de un humano es de aproximadamente 120 mph, esa es la velocidad a la cual la resistencia del aire es igual a la fuerza debida a la gravedad. También sabemos que con una aceleración continua de 1 g, se alcanza la velocidad terminal en cuestión de segundos.

Girando hacia atrás, si su salto inicial le dio una velocidad ascendente de 120 mph, entonces la resistencia del aire en ese momento sería 1 g … por lo que reduciría la velocidad muy rápidamente.

La resistencia del aire aumenta a medida que CUADRAN su velocidad, por lo que si intenta saltar a 240 mph, entonces la resistencia del aire sería como una aceleración de 4 g, y rápidamente reduciría la velocidad a 120 mph (1 g) y luego a 60 mph (0.25 g) y así en.

La cantidad de velocidad inicial será exponencialmente mayor para obtener un aumento lineal de la altura.

Pero muy pronto, estarías saltando con una velocidad inicial que es mayor que la velocidad del sonido, y luego las matemáticas cambian y todo se vuelve MUCHO más complicado.

Por lo tanto, podemos decir con certeza que un “salto” normal: usar solo los pies definitivamente no sería suficiente.

Pero las matemáticas aquí son complicadas, y el diablo está en los detalles.

No creo que pueda darte un número … excepto que es al menos miles de millas por hora.

La resistencia del aire seguramente los detendría. Luego morirían sin poder maniobrar sin nada a lo que agarrarse.

Podrías aumentar tus posibilidades al lanzar desde la cima del monte. Everest.
Dado que la atmósfera se adelgaza cuanto más se obtiene, la resistencia se reduciría, lo que significa que su velocidad inicial no se degradaría tan rápido, por lo que aún se movería más rápido después de viajar la misma distancia y el efecto sería auto reforzante.

También dependería de su ropa, los paños holgados atraparían más aire y generarían más fricción. La ropa ceñida diseñada para reducir la resistencia ayudaría aún más.

Dicho esto, todavía dudo que sea suficiente.

Considere acostarse boca arriba en un carro con ruedas de baja fricción, patear desde una pared, ¿hasta dónde realmente espera moverse? 10 metros? 20? 50? tal vez 100 metros? Dudaría que recorrieras 1000 metros o 2000, lo que significaría que ni siquiera alcanzarías la altura de 10,000 metros donde vuelan los aviones.

Ok, hipotéticamente, si existiera tal jet pack, y tuvieras las capacidades de salto de un jugador de la NBA que aún no alcanzarías en órbita, y aquí está el por qué. Una vez que un objeto se pone en movimiento, permanecerá en movimiento hasta que actúe una fuerza externa que normalmente sería la gravedad, pero en este caso hipotético tenemos un golpe de gravedad, sin embargo, el efecto del arrastre de nuestra atmósfera eventualmente lo detendrá. Y dependiendo del nivel de atmósfera en el que te detengas, es muy probable que los vientos de nuestra atmósfera superior te vuelen por todas partes y que probablemente terminen congelados hasta la muerte. Entonces, en poco tiempo, la respuesta es no

Si la mochila propulsora de alguna manera cancelara perfectamente el tirón gravitacional de la Tierra en todo momento, entonces literalmente solo necesitarías contraer los músculos de la pantorrilla por un cabello y lentamente flotarías fuera de la gravedad de la Tierra como un triste globo aerostático hecho fuera de la piel humana.

¿Este jet pack tiene un empuje fijo, es decir, cancela la gravedad en el punto de despegue y luego permanece igual? En estas condiciones, cualquier pequeña velocidad inicial ascendente (por lo tanto, una pequeña fuerza) sería suficiente; de ​​hecho, aceleraría constantemente.

Otras respuestas no parecen haber considerado este giro a la pregunta.

La resistencia del aire te ralentizaría. Sin embargo, podría “nadar” un poco más empujando contra el aire. Por supuesto, esto solo funcionaría hasta que no haya más aire, pero para entonces tampoco habría resistencia al aire.

Así que creo que podrías, al menos plausiblemente, escapar.

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