Si dispara un arpón al ecuador de la Tierra desde el espacio, ¿sería arrastrado hacia atrás por la rotación de la Tierra?

Así que iba a pasar esta pregunta, porque muchos otros me han dado respuestas mucho mejores de las que yo tendría.

Pero pensé en algo que podría hacer imposible toda la situación.


Bien, entonces imagina esta situación. Ahí estás, flotando en el espacio, con tu arpón.

Estás listo para disparar a Jaws, er, me refiero a la Tierra. Tú disparas el arma. ¿Lo que pasa? El arpón vuela hacia adelante, ¿verdad?

  • Así un poco. Lo que también sucede es que vuelas hacia atrás.

Sin fricción, te alejas de la Tierra mientras el arpón avanza. Si tienes una cuerda relativamente corta (por ejemplo, apenas lo suficiente como para llegar a la Tierra), tú y el arpón eventualmente estiran esa cuerda, rebotan y vuelven a unirse, justo donde comenzaste. (no del todo … la cuerda se calentará un poco, la fricción atmosférica, una mayor atracción gravitacional en el arpón, etc … pero lo suficientemente cerca).

Bien, ¿y si tenemos una cuerda más larga?

  • Bueno, un problema adicional es que a medida que se tira de la cuerda, la velocidad del arpón disminuirá y disminuirá hasta que apenas se mueva. El arpón no tiene tanta energía cinética, y a medida que aumenta la masa (de toda la cuerda añadida), la velocidad disminuye … rápidamente. Muy pronto, el arpón está esencialmente quieto y nunca llega a la Tierra.

Bien, ¿y si usamos un arpón mucho más pesado y una cuerda realmente delgada?

  • Luego vuelas hacia atrás aún más rápido, ¡y el arpón apenas se mueve!

Bien, entonces obtenemos un arma de arpón REALMENTE potente, un arpón liviano y una cuerda súper delgada.

  • Incluso esto no funcionará. Para llegar a la Tierra, el arpón tendrá que ir REALMENTE rápido. Para eso, necesitarás el arma de arpón más impresionante del mundo. Solo hay una palabra para lo que realmente es: un cohete.

Ahora eso podría funcionar. Conecte un motor de cohete a su arpón y tendrá una oportunidad para esto. Pero ahora solo estás montando un cohete muy largo hecho de cuerda …

Esto ya no es “disparar un arpón a la Tierra”, así que voy con “Esto es imposible”.

A2A Como medio para desorbitar una nave espacial, su idea es encomiable. Convierte la Tierra en un carrete de pesca gigante, contigo como cebo.

El arpón probablemente se quemaría en la atmósfera al bajar, si la línea de pesca no se rompiera bajo su propio peso primero. Salvo esos dos fracasos catastróficos con conjeturas de fantasía:

La línea de pesca se enrollaría en el carrete de pesca a una velocidad igual a la velocidad de rotación de la Tierra en el ecuador, atrayéndote hacia la Tierra a una velocidad de 1,670 km / h. Podrías reducir esa velocidad disparando tu arpón a un objetivo más cercano a los polos. Satélite de IMAGEN de la NASA, Pregunte al Archivo Científico

Elija una buena latitud como objetivo, y es concebible que una tasa de entrada a la atmósfera se reduzca al punto en que no pueda quemarse, pero en ese caso estaría en caída libre. No importaría si soltaras la cuerda después del tirón inicial, ya que continuarías cayendo desde el momento en que comenzaste a moverte hacia la Tierra.

Si ajustó la tensión y la soltó en el instante correcto, podría caerse hacia abajo, sin ningún movimiento lateral. Esto daría como resultado una experiencia similar a la de un salto en paracaídas de caída libre a gran altitud.

El ejecutivo de Google, Alan Eustace, ha roto el récord de paracaidismo a gran altitud de 128,100 pies (39,045 m) establecido por Felix Baumgartner en octubre de 2012 (con mucha menos fanfarria). Saltando desde un globo a 135,890 pies (41,419 m) sobre Roswell, Nuevo México, Eustace también estableció nuevos récords mundiales de velocidad vertical y distancia de caída libre.

El ejecutivo de Google establece un nuevo récord mundial de paracaidismo a gran altitud – octubre de 2014

Ese salto fue de 41.4 km hacia arriba, mientras que el espacio comienza a 100 km hacia arriba, también lo hacen las matemáticas, y verá que su velocidad al ingresar a la atmósfera desde el espacio aún podría brindarle. Tu pescado estaría frito.

En aras de la discusión, descuidemos cualquier discusión sobre si el arpón se quema o no, lo que depende de sus propiedades físicas y la velocidad de reentrada.

Si disparaste tu arpón desde cualquier órbita que no sea geoestacionaria, donde permaneces por encima del mismo punto en el ecuador de la Tierra, sí, la diferencia entre tu período orbital y el período de rotación de la tierra te haría descender de regreso a la Tierra y probablemente morirías un ardiente muerte en la atmósfera.

Como otros han señalado, es posible que tenga una oportunidad si disparó su arpón desde una órbita geoestacionaria, porque su período orbital coincide con la rotación de la Tierra. Sin embargo, para que eso funcione, tendrías que tener una cuerda sin masa unida a tu arpón.

En realidad, por supuesto, la cuerda tendría masa. Si bien usted personalmente podría estar en una órbita geoestacionaria, ninguna de las cuerdas estaría en una órbita estable. Las propiedades de la velocidad angular nos dicen que la cuerda debajo de usted debe viajar a una velocidad tangencial más lenta que usted para que coincida con su velocidad angular, lo mismo que el radio interno de una rueda que tiene una velocidad tangencial más baja que la llanta. Si disparas el arpón hacia abajo, poseerá la misma velocidad tangencial que tú, no más lento (descuida la resistencia del aire porque comienzas en una órbita bastante alta). Sin embargo, la mecánica orbital nos dice que una órbita circular más baja requiere una velocidad mayor que una órbita circular más alta. Por lo tanto, no podrá mantener la velocidad tangencial adecuada de acuerdo con el movimiento angular o la velocidad orbital correcta. Vería que la cuerda parece acelerarse frente a usted debido a su órbita más baja, pero toda la longitud de la cuerda debajo de usted carecería de la velocidad suficiente para permanecer en órbita y, de hecho, lo empujaría hacia la superficie.

Esencialmente, esta es la misma razón por la cual la mayoría de los diseños de elevadores espaciales no tienen sentido.

La Tierra no te devolverá el paso porque no hay nada que te mantenga del lado de la Tierra donde empezaste. Sería más como un trozo de cable para comer hierba, agitándose salvajemente.

Hay algunas variables cruciales:

  1. Tu altitud
  2. Tu velocidad
  3. Su dirección de viaje

Asumiendo una órbita circular

Cada distancia de la Tierra (y cualquier otro objeto) tiene una velocidad correspondiente que debe mantenerse lateralmente para lograr una órbita circular, que lo mantendría a esa distancia.

Si viaja más rápido o más lento que esta velocidad ideal (o si viaja en un ángulo extraño en relación con la superficie de la Tierra), tendrá una órbita excéntrica y, por lo tanto, no mantendrá una distancia constante. Si viaja lo suficientemente rápido, alcanzará la velocidad de escape y nunca regresará sin ayuda. Si viajas lo suficientemente lento, chocarás contra la Tierra.

¿Arriba, abajo o a la altitud geoestacionaria?

Abajo: si está en una órbita circular paralela al ecuador, viajando en la misma dirección que la rotación de la Tierra, pero por debajo de la altitud geoestacionaria, viajará más rápido de lo que gira la Tierra. Si disparas un arpón directamente hacia abajo, tu velocidad se reducirá a la de la rotación de la Tierra, que no es lo suficientemente rápida como para mantener la órbita, y caerás a la Tierra.

Arriba: si está por encima de la altitud geoestacionaria (en una órbita circular paralela al ecuador de la Tierra que viaja en la misma dirección que la rotación de la Tierra), viajará más lentamente que la rotación de la Tierra. Tan pronto como el arpón se clava en el suelo, si la cuerda es exactamente tan larga como tu altitud, serás sacudido instantáneamente hacia adelante. Probablemente deberías tener cuidado con los satélites que cortésmente mantienen sus órbitas ya que cruzarás sus órbitas.

A altitud geoestacionaria: Acaba de abrir un terreno en un ascensor espacial.

Veo a dónde vas, pero considera: si estás en posición de disparar un arpón desde el espacio, estás en órbita, en cuyo caso orbitas mucho más rápido de lo que gira la tierra o caes directamente hacia abajo hacia la tierra

Si estás parado, caes hacia abajo y golpeas la tierra mucho antes de que tenga tiempo de enrollar la mentira del arpón a una revolución por día.

Si está en órbita, la rotación diaria de la Tierra es irrelevante en comparación con su órbita de 80 a 90 minutos. Lo que sucederá entonces es que enrollarás la línea alrededor de la tierra y saldrás rápidamente de la órbita. Esto aumentaría en gran medida la velocidad por la que pasaste por la atmósfera y probablemente causaría una falla en el escudo térmico y fuerzas G fatales.

No sé por qué crees que necesitas una cuerda irrompible, seguramente no pesas demasiado. Sin embargo, sugiero que necesitará una cuerda ingrávida porque incluso suponiendo que esté en órbita terrestre baja, una cuerda de fibra de carbono de 120 millas de largo y 1/4 “de diámetro pesará alrededor de 20,000 toneladas y eso definitivamente lo arrastrará hacia abajo. superficie del planeta. Eso es ignorar su velocidad en órbita y la velocidad de la superficie de la Tierra. En órbita terrestre baja viajará a 18,000 mph pero el ecuador solo se mueve a 1,000 mph, así que notará un infierno de un tirón cuando tu arpón se pega en la superficie de la Tierra. Si crees que puedes evitar ese problema moviéndote a una órbita geosincrónica, encontrarás que la misma cuerda pesará masivamente más de 20,000 toneladas porque es aproximadamente 200 veces más larga .

Muchos satélites que se ciernen sobre nosotros están en una rotación cerrada con la Tierra. Es decir, se enfrentan a la Tierra, giran en el mismo período de rotación y son geosíncronos.

Si estás en órbita geosíncrona, entonces, desde cualquier punto de la Tierra, pareces estar exactamente en el mismo lugar en todo momento. En este caso, su arpón no se enrollaría alrededor del ecuador de la Tierra. Simplemente sería una larga escalera de cuerda a su posición en el espacio. (Todas las órbitas geosíncronas están a unas 22.300 millas de la superficie de la Tierra).

Si está en otra órbita, su cuerda imaginaria se retorcería y tiraría en dos dinámicas separadas: tanto la rotación de la Tierra como su propia órbita, que tiene un componente ortogonal. En menos de ¼ de día (dependiendo de la dirección de las rotaciones), la cuerda comenzará a arrastrarlo a medida que converge su trayectoria de vuelo a lo largo de la dirección del ecuador.

Como esto haría que su órbita fuera muy inestable, pronto caería en la atmósfera de la Tierra. Incluso con una cápsula espacial, lo más probable es que te quemes, debido a que no controlas cuidadosamente tu ángulo de ataque con la atmósfera.

No contesto argumentos hipotéticos de la barba. Esta es la única excepción!

Si tu línea de arpón fuera tan fuerte, así sería exactamente cómo podrías construir un elevador espacial. Pero creo que necesitará un contrapeso en órbita más allá de la órbita geosíncrona, creo. Así que elige tu posición inicial sabiamente. Tampoco disparas a la tierra. Disparas a popa, si tu arco está en la dirección de tu órbita.

Creo que puedes encontrar un ‘punto dulce’ donde la fuerza de la gravedad y la fuerza del arpón se equilibrarían y podrías hacer que salga como quieres.

El cálculo se basa en qué tan lejos está del centro de gravedad de la Tierra, su masa, la masa de los arpones, cuánta energía cinética libera el arpón, la masa de la cuerda, etc. Es esencialmente ciencia de cohetes o como balancear un lápiz en la punta de tu dedo. Si conoce todas las variables, puede resolverlas para hacer una suposición bastante cercana.

Creo que acabo de recibir un flashback de una clase de física newtoniana que tomé una vez. Nos preguntarían cosas como esta en las pruebas. Es una pregunta interesante. Para responderlo completamente, necesita algunos datos precisos.

Por lo tanto, es una pregunta difícil.

Hagamos algunas matemáticas.

La velocidad de tracción de la cuerda es

La circunferencia de la tierra 24,901.55 millas

Cuando la tierra tira de la cuerda en 24 horas, tirará a una velocidad de 1037.6 mph, que es más alta que la caída libre. Entonces serás derribado a esa velocidad. No vas a sobrevivir.