¿Qué altura tendría que lanzar un huevo para que se cocine cuando vuelva a entrar en la atmósfera?

La velocidad terminal de un objeto que cae está dada por
[matemáticas] v = \ sqrt {\ frac {2mg} {\ rho C_d A}} [/ matemáticas],

donde [math] \ rho [/ math] es la densidad del aire, m es la masa, g, es la aceleración gravitacional, [math] C_d [/ math] es el coeficiente de arrastre y A es el área de la sección transversal. Para este cálculo, supongo que la masa del huevo es de 50 gramos y tiene una sección transversal circular con un radio de 2 cm y un coeficiente de arrastre de 0.3. Esto le da al huevo un coeficiente balístico de 132 kg / m ^ 2. Como afirma correctamente el usuario de Quora, su velocidad terminal es de aproximadamente 46 m / s a ​​nivel del mar. Dado que la potencia es la fuerza por la velocidad, simplemente podemos multiplicar la velocidad terminal por el peso para estimar cuánta potencia se intercambia durante la caída. Esto significa que el huevo está perdiendo energía potencial a una velocidad de 22 vatios a medida que cae. Un huevo debe calentarse a 65 [matemáticas] ^ {o} [/ matemáticas] C para cocinar. Suponiendo que el huevo tiene un calor específico igual al del agua y absorbe toda la energía generada en la caída como calor, eso significa que se cocinaría en unos nueve minutos. Claramente, esto no es lo que les sucede a los paracaidistas cuando caen a velocidades similares con calores específicos similares.

Afortunadamente, este documento ofrece una fórmula empírica para estimar la velocidad de calentamiento de un cuerpo contundente en la atmósfera de la Tierra.
http://www.faa.gov/other_visit/a…

[matemáticas] \ dot {q} = 1.83 \ veces 10 ^ {- 4} v ^ 3 \ sqrt {\ frac {\ rho} {r}} [/ matemáticas].

[matemática] \ dot {q} [/ matemática] es la velocidad de calentamiento en W / m [matemática] ^ 2 [/ matemática] yr es el radio característico de la parte del cuerpo que enfrenta el flujo, que en este caso es 2 cm. Todas las unidades en esta fórmula son SI. Esto significa que un huevo que cae a velocidad terminal al nivel del mar absorbería 0,17 vatios y se cocinaría después de 21 horas imposibles de caer.

Hora de ir numérico. Para la caída libre de Red Bull Stratos, escribí un script en Python que simula una caída libre desde una altitud arbitraria para un coeficiente balístico arbitrario. El código integra las ecuaciones de movimiento del huevo directamente y no hace suposiciones sobre la velocidad terminal. Voy a usar este código para obtener la velocidad, la altitud y la densidad del aire en función del tiempo. Luego, voy a aplicar el siguiente modelo numérico de calentamiento, que establece que el calentamiento total es solo el calentamiento aerodinámico más el calentamiento ambiental del aire ambiente, más la irradiación del sol, menos el enfriamiento radiativo del huevo. Supongo que el calentamiento radiativo y ambiental se irradia sobre [matemáticas] 4 \ pi [/ matemáticas] esteradianos y el calentamiento aerodinámico actúa a través de la sección transversal del huevo esférico. Se supone que el huevo es un conductor perfecto y redistribuye el calor a su interior de manera uniforme y rápida.

[matemáticas] \ frac {dQ} {dt} = (\ dot {q} + 4 \ sigma (T_ {aire} ^ 4-T_ {huevo} ^ 4) + 342 \ frac {W} {m ^ 2}) \ pi r ^ 2 [/ matemáticas]
[matemáticas] \ frac {dT_ {huevo}} {dt} = \ frac {dQ} {dt} \ frac {1} {mC} [/ matemáticas]

Solo por diversión, así es como se ve la velocidad de descenso para una caída de huevo desde 40 km.
Notarás la ausencia de una tropopausa y la altitud inusual de la estratosfera. Utilizo un modelo de temperatura que se adapta mejor a los datos del globo meteorológico tomados el día del salto Red Bull Stratos, no a la Atmósfera Estándar Internacional. Esto es solo una consecuencia de mi código de reciclaje.

Bien, ahora aquí está el modelo térmico.

Y aquí está la temperatura. Tenga en cuenta que no cambia más de 2 grados.

Y finalmente, aquí están los forzamientos térmicos.


El calentamiento aerodinámico se vuelve mucho más intenso que la luz solar, pero todavía solo aumenta la temperatura del huevo en un par de grados.

Entonces, a partir de aquí, podemos concluir que es imposible dejar caer un huevo desde una altitud accesible a un avión o globo convencional y hacer que llegue al suelo cocido. He intentado esto a altitudes más bajas y el efecto de la temperatura total disminuyó con la altitud.

Podríamos dejarlo caer desde más alto. Aquí hay una caída de 100 km. Tiene un efecto más dramático, pero aún no llega a la línea amarilla que representa la temperatura de ebullición requerida.


La tendencia es obvia. Altitudes más altas significan temperaturas más altas. Ahora lo marco. Antes de hacer esto, quiero usar un mejor valor para el calor específico del huevo, ya que esta será mi respuesta final. (3700 J / kg / K, Hervir un huevo) Además, estoy cambiando a un modelo isotérmico de la atmósfera para cubrir mejor las altitudes más altas.

La respuesta final es> 165 km , por lo que estas simulaciones pueden decir. He hecho una serie de suposiciones simplificadoras, y el número real puede ser muy diferente, pero debería darte una idea de cuál es la respuesta real. No estoy preparado para cuantificar formalmente la incertidumbre de este número. También he omitido una serie de detalles. Siéntete libre de preguntar.

Una pareja aparte. Cuando los meteoritos aterrizan en la Tierra después del reingreso, han estado cayendo en la atmósfera el tiempo suficiente para que se hayan enfriado aproximadamente a la temperatura ambiente cuando llegaron al suelo. Lo mismo puede ser cierto para los huevos. En segundo lugar, subir el huevo allí puede ser costoso. La forma más económica de llegar a una altitud de 165 km es haciendo sonar un cohete. Google rápido revela que los cohetes que suenan y que transportan pequeñas cargas cuestan decenas de miles de dólares. Sería genial verlo, si funcionara.

Solo quería agregar mis 2 centavos con respecto a todas las respuestas que hablan en términos de la fricción del aire: están todas equivocadas. Una cosa que aprendí al leer las instrucciones de Kolmogorov (no sé por qué el enlace de “XKCD” se convierte en “Instrucciones de Kolmogorov”) es que, sorprendentemente, no es la fricción del objeto con el aire lo que lo calienta, sino el ¡Presión ejercida en el aire por el objeto que se mueve rápidamente! Randal (el autor) es un hombre muy conocedor que a menudo trata debates extraños sobre física como este. En realidad, afirmó este hecho sobre el calor y los objetos que caen libremente más de una vez en sus cómics / publicaciones, como aquí Diamond. Dado este nuevo conocimiento sobre cómo se calientan los objetos, diría que un huevo nunca podría cocinarse porque, siendo tan pequeño como es, nunca podrá presionar el aire frente a él tanto como sea necesario.

[EDITAR]
Completando con algunos flujos de pensamiento contenidos en los comentarios de mi respuesta, actualizaré mi respuesta indicando que (esto es simplemente una opinión) es más probable que un huevo se rompa debido a la presión ejercida sobre su caparazón antes de que pueda cocinarse debido a la calor causado por tal presión.

La velocidad terminal de un huevo que simplemente cae desde cualquier altura sería insuficiente para generar calor por fricción (aproximadamente 100-150 mph), por lo que no se cocinaría.
tienes que hacer que el huevo vuelva a entrar en la atmósfera desde la órbita a una velocidad orbital (aproximadamente 15,000 mph) luego se cocinaría muy rápido y se quemaría.

La única forma en que puedo pensar para cocinar un huevo usando la atmósfera es saltando el huevo de la órbita y luego de vuelta al espacio. Apunta perfectamente el salto del huevo para que se cocine y luego se enfríe. Sin embargo, encontrar el huevo después debería ser divertido.

Reingreso gradual y el tema “Saltando de la atmósfera como una piedra” [Archivo]

La sorprendente respuesta a esta pregunta es cero.

El calentamiento aerodinámico resulta de la conversión de energía cinética en energía térmica. El supuesto de la velocidad terminal dice que hay un equilibrio entre la pérdida de energía potencial y la energía térmica. En este caso la energía cinética es constante.

Imagina un cañón de huevos que dispara horizontalmente. La energía potencial no tiene ningún papel en este caso. Ahora imagine que puede disparar el huevo extremadamente rápido. Cuanto más rápido se dispara, mayor es la tasa de calentamiento aerodinámico. Hay una velocidad a la que el huevo se cocinará tan pronto como salga del hocico. En ese caso, la respuesta a su pregunta es cero.

256 millas Esa es la altitud promedio de la Estación Espacial Internacional, donde alguien tendría que poner el huevo en un horno de microondas (enchufado y generador y funcionando a la altura durante 45 segundos) y luego empujarlo por la ventana.

¿Cuál sería la velocidad terminal de un huevo caído desde 80,000 pies (o 15 millas)?