Al leer sobre lo que sucede cuando los desechos cósmicos ingresan a la atmósfera terrestre, algunas fuentes dicen fricción, otras dicen compresión. Por ejemplo:
En space.com dice :
Las lluvias de meteoritos ocurren cuando el polvo o las partículas de asteroides o cometas ingresan a la atmósfera de la Tierra a una velocidad muy alta. Cuando golpean la atmósfera, los meteoros rozan las partículas de aire y crean fricción , calentándolos. El calor vaporiza la mayoría de los meteoros, creando lo que llamamos estrellas fugaces.
Por otro lado, Phil Plait escribe :
Lo que estás viendo no es humo ni partículas en llamas. Cuando un meteoroide (el trozo sólido real de material) atraviesa la atmósfera, comprime violentamente el aire y lo calienta enormemente (tenga en cuenta que esto no se debe a la fricción, sino a la compresión ; como cuando una bomba de bicicleta se calienta mientras la usa) ). El calor es tan intenso que ioniza los gases, arrancando electrones de sus átomos originales. A medida que los electrones se recombinan lentamente con los átomos, emiten luz: así es como brillan los letreros de neón, así como las nebulosas gigantes que forman estrellas en el espacio.
O aquí :
Básicamente, el objeto supersónico crea su propio horno al comprimir el aire frente a él. Además, si el objeto está hecho de un material oxidable (como hierro, aluminio o carbono) y el aire es rico en oxígeno (como la atmósfera terrestre), entonces el objeto puede literalmente quemarse. Entonces, la próxima vez que alguien intente decirle que la fricción del aire hace que un meteorito se queme en la atmósfera, asegúrese de corregirlo y contarle todo sobre el choque supersónico.
y aquí :
Si observa lo que sucede cuando el transbordador espacial atraviesa la atmósfera, la atmósfera no se comprime en general , solo se calienta. Entonces, en general, la pérdida de energía es por fricción. En el camino, sin embargo, se almacena un poco de energía en el aire comprimido antes de perderse por la fricción en el aire a medida que se vuelve a expandir.
Y finalmente una combinación de compresión y fricción :
Con el meteoro moviéndose a esta velocidad, se genera mucho calor ( compresión, así como fricción/viscosidad ).
Para mí, la compresión tiene mucho más sentido intuitivamente (pero podría estar equivocado). Pero al mismo tiempo, me falta el conocimiento real de física para demostrarlo yo mismo. Aquí en SE Physics hay algunas excelentes respuestas sobre temas similares, pero no responden del todo a mis preguntas. ¡Tal vez mis preguntas no puedan responderse tan fácilmente, lo que aún sería una respuesta valiosa para mí!
Entonces, mis preguntas son:
P1: Tomando un objeto ideal como ejemplo (p. ej., esférico, de 1 m de radio), que entra en la atmósfera terrestre, ¿es posible calcular aproximadamente la cantidad total de calor generado a una altura determinada y luego cuantificar la cantidad de calor debido a ¿compresión versus fricción? ¿Digamos 80 % de compresión y 20 % de fricción (o 99 % frente a 1 %, o similar)? ¡Una cifra aproximada sería totalmente suficiente!
P2: Con respecto al penúltimo ejemplo/cita anterior, ¿existe técnicamente alguna diferencia si un metroide o el transbordador espacial ingresan a las capas más gruesas de la atmósfera terrestre (es decir, fricción para el ejemplo del transbordador espacial y no compresión)?
Nota: Al agregar la etiqueta meteors
, su descripción también dice:
Pedazos de piedra o metal que caen del espacio, se hacen visibles en parte de su viaje debido al intenso calentamiento por fricción .
No se menciona la compresión.
Imagine un objeto contundente como una cápsula espacial que ingresa a la atmósfera. Experimenta una fuerza de desaceleración, ¿verdad? Si divide esta fuerza por el área superficial de la superficie frontal roma, obtenemos una presión efectiva. La atmósfera tiene que crear esta presión frente al objeto, de lo contrario no habría fuerza (una molécula que fluye por los lados del objeto sin golpearlo no puede crear tal fuerza). Esta compresión también calienta el gas frente al objeto.
El gas caliente y denso ahora fluye a lo largo de los lados de la cápsula. Si queremos mantener la cápsula fría, ciertamente no queremos que este gas caliente vuelva a tocar el cuerpo, razón por la cual las cápsulas entran por el lado ancho y no vuelan como aviones con un morro afilado. El ángulo del cuerpo tiene que ser lo suficientemente pequeño para que el gas pueda pasar por todo el cuerpo antes de que se expanda lo suficiente como para alcanzar las paredes.
Puede ver estos efectos muy bien en las imágenes antiguas de la NASA que muestran el arco de choque supersónico alrededor de los modelos de sus cápsulas, las áreas oscuras son gas denso bajo alta presión, las claras son menos densas, regiones de baja presión:
La mayor parte de la energía cinética de la cápsula se convertirá en calentamiento de gas en este arco de choque, solo una fracción será absorbida por el escudo térmico y una cantidad cada vez menor calentará las paredes traseras. Sin este fenómeno, el reingreso sería un problema térmico aún más difícil de lo que ya es.
Para un objeto que ingresa a nuestra atmósfera a alta velocidad, se producen dos tipos de calor, uno por fricción, donde las moléculas que chocan producen energía cinética, y compresión atmosférica, donde quizás varios kilómetros de atmósfera se comprimen en una fina capa de gas en frente. del objeto en menos de un segundo. Creo que la gran mayoría del calor que crea el plasma es el resultado de la compresión atmosférica de una gran cantidad de gas, en lugar de la fricción de las moléculas de gas que chocan contra la superficie del objeto en sí. Aunque la fricción juega un papel, el calor -plasma- debido a la compresión del gas frente al objeto es mucho más significativo, al menos a las velocidades típicas de los objetos que ingresan a nuestra atmósfera.
Buenos ejemplos de máquinas que elevan la temperatura del gas por compresión son una bomba de bicicleta, como señalaron otros, y un refrigerador, que enfría primero calentando el gas comprimiéndolo, luego pasando el gas calentado a través de una válvula de expansión y luego a través de un radiador, que enfría el gas por debajo de su temperatura original. La fricción no está involucrada en ninguno de los dos casos, solo la compresión. En otras palabras, las explicaciones del calor súper alto de los meteoritos que ingresan a nuestra atmósfera que mencionan solo la "fricción" ignoran por completo la realidad de la física. ¡Muy triste!
david hamen
josué danza
EarlGrey
rory mcdonald
EarlGrey