Wie lange wird es dauern, bis Menschen den Mond erreichen? Warum muss dies mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen? Können wir einfach langsam dorthin fliegen?

Dieser Artikel basiert auf der Beantwortung einer Frage von Internetnutzern: Wie lange braucht ein Erwachsener, um von der Erde zum Mond zu laufen?

Das ist eine lächerliche Frage. Ein Erwachsener kann niemals mit nur zwei Beinen von der Erde gehen, wie kann er also zum Mond gehen? Aber wenn wir darunter die Entfernung zwischen der Erde und dem Mond verstehen, basierend auf der menschlichen Gehgeschwindigkeit, wie lange dauert es dann, eine so lange Strecke zurückzulegen? Dies ist ein einfaches Mathematikproblem für die Grundschule.

Die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Mond beträgt 384.000 Kilometer. Ein Erwachsener kann bei mäßigem Tempo etwa 4 Kilometer pro Stunde gehen. Auf Basis der täglichen Arbeitszeit gerechnet, wären das bei acht Stunden Fußmarsch 32 Kilometer. Dies dauert 12.110 Tage, also etwa 365,25 Tage pro Jahr oder etwa 33,16 Jahre. Die Gehzeit kann je nach Gehgeschwindigkeit und täglicher Gehdauer der jeweiligen Person an die jeweilige Situation angepasst werden.

Aber welchen Sinn hat es, eine solche Matheaufgabe für die Grundschule zu lösen?

Wenn der Mensch die Erde verlassen will, muss er zunächst die Schwerkraft der Erde überwinden. Der Weg, es zu überwinden, ist Geschwindigkeit. Als Ausrüstung kommen derzeit vor allem Raketen zum Einsatz. Die fliegende Rakete muss im Allgemeinen je nach Ziel eine der drei kosmischen Geschwindigkeiten erreichen. Was sind die drei kosmischen Geschwindigkeiten? Dies ist die Geschwindigkeit, die Wissenschaftler berechnet haben, um der Schwerkraft auf der Grundlage der Schwerkraft der Erde entgegenzuwirken.

Die erste kosmische Geschwindigkeit beträgt 7,9 Kilometer pro Sekunde. Wenn diese Geschwindigkeit erreicht ist, kann es der Schwerkraft der Erde entgegenwirken und in einer bestimmten Höhe um die Erde kreisen. Es wird weder von der Schwerkraft der Erde nach unten gezogen, noch kann es der Schwerkraft der Erde entkommen und wegfliegen. Daher wird sie auch als Umlaufgeschwindigkeit bezeichnet; die zweite kosmische Geschwindigkeit beträgt 11,2 Kilometer pro Sekunde. Wenn diese Geschwindigkeit erreicht ist, ist es möglich, der Erdanziehungskraft zu entkommen und zu anderen Planeten zu fliegen. Daher wird sie auch Fluchtgeschwindigkeit genannt; die dritte kosmische Geschwindigkeit beträgt 16,7 Kilometer pro Sekunde. Bei Erreichen dieser Geschwindigkeit ist es möglich, der Schwerkraft der Sonne an der Erdposition zu entkommen und aus dem Sonnensystem herauszufliegen. Daher wird sie auch Fluchtgeschwindigkeit genannt.

Es gibt auch eine vierte kosmische Geschwindigkeit, nämlich die Geschwindigkeit, mit der man aus der Milchstraße entkommt, aber darauf werde ich hier nicht näher eingehen.

Tatsächlich ist die zweite kosmische Geschwindigkeit die Fluchtgeschwindigkeit der Erde, also die Geschwindigkeit, mit der man der Schwerkraft der Erde entkommen kann. Basierend auf der Position der Erde im Sonnensystem und ihrer Beziehung zur Sonne und anderen Planeten im Sonnensystem können wir berechnen, dass der Gravitationseinflussbereich der Erde (Radius der Hill-Kugel) ungefähr 1,5 Millionen Kilometer beträgt. Das heißt, wenn Sie innerhalb dieses Bereichs die zweite kosmische Geschwindigkeit nicht erreichen, werden Sie letztendlich von der Erde zurückgezogen.

Der Mond ist 384.000 Kilometer von der Erde entfernt, befindet sich also noch innerhalb des Gravitationskreises der Erde und wird daher von der Schwerkraft der Erde dazu gezogen, sich um sich selbst zu drehen. Wenn Menschen zum Mond reisen wollen, muss die Geschwindigkeit daher zwischen der ersten und der zweiten kosmischen Geschwindigkeit liegen, im Allgemeinen also etwa 10 bis 11 Kilometer pro Sekunde.

Der Weg zum Mond ist keine gerade Linie, da sich die Erde dreht und kreist und sich auch der Mond dreht. Um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen, muss das Raumschiff die Erde mehrere Male umkreisen, um auf eine vorgegebene Geschwindigkeit zu kommen. Daher beträgt die tatsächliche Entfernung, die ein Raumschiff beim Start zum Mond zurücklegt, weit mehr als 384.000 Kilometer.

Bei einer Geschwindigkeit von 11,2 Kilometern pro Sekunde dauert es weniger als 10 Stunden, um 384.000 Kilometer zurückzulegen. Doch in Wirklichkeit dauert die Reise aller Raumfahrzeuge zum Mond mehrere Tage.

Beispielsweise startete die bemannte Mondraumsonde Apollo 11 am 16. Juli 1969 um 9:32 Uhr und erreichte die Umgebung des Mondes erst am 19. Juli. Sie landete am 20. Juli um 20:17:43 Uhr auf der Mondoberfläche. Die Chang'e 5 meines Landes, die am 24. November 2020 startete, benötigte ebenfalls 4 Tage und erreichte die Mondumlaufbahn am 28. November.

Die Geschwindigkeit eines zum Mond gestarteten Raumfahrzeugs kann sicherlich höher sein und sogar die dritte kosmische Geschwindigkeit überschreiten, doch das Bremsen nach Erreichen des Mondes wird schwieriger sein, der Bremsweg wird länger sein und es wird mehr Bremskraftstoff verbraucht, was die Kosten nicht rechtfertigt. Daher ist eine angemessene Geschwindigkeit am wirtschaftlichsten und effizientesten.

Die Formel für die Schwerkraft lautet: F=GMm/r^2, wobei F die Stärke der Schwerkraft darstellt, G die Gravitationskonstante darstellt, M und m die Massen der beiden am Gravitationseffekt beteiligten Parteien darstellen und r der Abstand zwischen den Schwerpunkten der beiden am Gravitationseffekt beteiligten Parteien ist. Aus der Gravitationsformel können wir ersehen, dass die Stärke der Schwerkraft proportional zur Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist. Das bedeutet: Je größer die Entfernung, desto schneller nimmt die Schwerkraft ab.

Daher sind die sogenannten drei kosmischen Geschwindigkeiten die Geschwindigkeiten, die die Erdoberfläche erreichen muss, um die Erde zu verlassen. An dieser Position auf dem Mond ist die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen, viel geringer. Gemäß der zweiten kosmischen Geschwindigkeitsformel v=√(2GM/R) beträgt die Geschwindigkeit „v“, die erforderlich ist, um der Schwerkraft der Erde in einer so großen Entfernung vom Mond zu entkommen, nur etwas mehr als 1,44 Kilometer pro Sekunde.

Wenn Sie sich jedoch dem Mond nähern, werden Sie von der Schwerkraft des Mondes angezogen und die Schwerkraft des Mondes auf Sie ist dann größer als die der Erde. Die Fluchtgeschwindigkeit von der Mondoberfläche beträgt 2,37 Kilometer pro Sekunde und die Umlaufgeschwindigkeit muss etwa 1,7 Kilometer pro Sekunde erreichen. Wenn Sie sich dem Mond nähern, benötigen Sie daher eine Geschwindigkeit von mehr als 1,7 Kilometern pro Sekunde, um nicht vom Mond heruntergezogen zu werden, und eine Geschwindigkeit von mehr als 2,3 Kilometern pro Sekunde, um der Schwerkraft des Mondes zu entkommen.

Die drei kosmischen Geschwindigkeiten beziehen sich nur auf die Anfangsgeschwindigkeiten auf der Erdoberfläche, die der Schwerkraft der Erde entgegenwirken können. Viele Freunde können dieses Problem nicht lösen und fragen oft, ob es möglich ist, der Schwerkraft der Erde langsam zu entkommen, ohne drei kosmische Geschwindigkeiten zu erreichen, wenn immer Treibstoff vorhanden ist, um die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Meine Antwort ist: Natürlich.

Das Problem besteht jedoch darin, dass hierfür ein enormer Treibstoffverbrauch erforderlich ist und die Rakete oder das Raumfahrzeug eine ausreichend große Menge Treibstoff mitführen muss. und die enorme Treibstoffmenge wird das Startgewicht der Rakete erheblich erhöhen, so dass für den Start mehr Treibstoff benötigt wird. Das zusätzliche Gewicht von Treibstoff und Ausrüstung führt zu einem Teufelskreis und macht einen Start unmöglich.

Daher haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die berechnete Umlaufgeschwindigkeit, Trennungsgeschwindigkeit und Fluchtgeschwindigkeit die Anfangsgeschwindigkeiten sind, die bislang für Weltraumstarts erreicht werden müssen, und dass sie die wissenschaftlichste und treibstoffeffizienteste Startmethode darstellen, um der Schwerkraft der Erde entgegenzuwirken. Nachdem die Rakete beim Start die Anfangsgeschwindigkeit erreicht hat, hat sie die Atmosphäre bereits verlassen und es gibt keinen Luftwiderstand mehr. Zum Beschleunigen, Abbremsen und Ändern der Flugbahn wird nur sehr wenig Treibstoff benötigt. Es verlässt sich hauptsächlich auf die Trägheit oder den Schleudereffekt der Himmelsgravitation, um seine Geschwindigkeit zu erhöhen und zu einem entfernten Ziel zu fliegen.

Nachdem die Menschen die wunderbare Wirkung der Schwerkraft verstanden hatten, konnten sie dieses bekannte Naturgesetz nutzen, um die Erde zu verlassen und in den Weltraum zu fliegen. Wenn die Leute keine Fluggeräte benutzen, können sie, egal wie viele Sprünge sie machen, nicht höher als ein paar Meter springen. Wie können sie den Mond erreichen? Aus diesem Grund verwendet dieser Artikel diese unsinnige Frage lediglich, um Ihnen den wissenschaftlichen Zusammenhang zwischen Schwerkraft und Geschwindigkeit zu vermitteln.

Ich frage mich, ob ich mich klar ausgedrückt habe? Vielen Dank fürs Lesen und herzlich willkommen zur Diskussion.

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