Che cos'è la velocità orbitale? 

Informazioni sulla velocità orbitale e su come la velocità orbitale influisce sui viaggi nello spazio

La Terra è circondata da vari satelliti sospesi a migliaia di km sopra le nostre teste. La nostra luna, è lì, come sospesa. Ti sei mai chiesto come avviene tutto questo e il perché questi non si schiantano sulla superficie del pianeta? Dopotutto, altri oggetti nel cielo, come un aeroplano o una mongolfiera, finiranno per schiantarsi se esauriscono il carburante. La ragione per cui i satelliti creati dall'uomo e la luna non si schiantano, è perché hanno raggiunto la velocità orbitale.

Che cos'è la velocità orbitale?

La velocità orbitale, è la velocità richiesta per raggiungere l'orbita attorno a un corpo celeste, come un pianeta o una stella. Ciò richiede un viaggio a velocità sostenuta che:

  • Si allinea alla velocità di rotazione del corpo celeste
  • È abbastanza veloce da contrastare la forza di gravità che tira l'oggetto in orbita, verso la superficie del corpo

Un aereo può viaggiare nel cielo, ma non viaggia a una velocità abbastanza veloce da sostenere l'orbita attorno alla terra. Ciò significa che una volta spenti i motori dell'aereo, l'aereo rallenterà e verrà riportato a terra, tramite la forza di gravità. Al contrario, un satellite (come quello che alimenta il GPS del tuo telefono o quello che trasmette un segnale TV,) non ha bisogno di spendere carburante per mantenere la sua orbita attorno alla terra. Questo perché tali satelliti, viaggiano ad una velocità che prevale sulla forza di gravità.

Come regola generale, gli oggetti possono entrare in orbita a velocità inferiori quando sono più lontani dalla superficie di un pianeta o di una stella. Quando sono più vicini alla superficie, ci vuole una maggiore velocità per contrastare la forza di gravità. 

Quali fattori influenzano la velocità orbitale?

La velocità orbitale, è resa possibile dalla superficie curva di un pianeta, stella o altro corpo celeste. Un oggetto in orbita, tende a muoversi in linea retta, mentre il corpo è in orbita attorno alle curve. Pertanto, la curvatura costante del corpo orbitato, impedisce all'oggetto orbitante di cadere fino in superficie, a condizione che l'oggetto orbitante mantenga la velocità corretta.

Nello spazio, è più facile mantenere una velocità costante rispetto alla Terra, a causa del principio di inerzia. Una delle leggi di inerzia di Sir Isaac Newton, afferma che un oggetto in movimento tende a rimanere in movimento, a meno che non venga agito da una forza esterna. Nell'atmosfera terrestre, un oggetto volante, incontra molte molecole d'aria, che rallentano cumulativamente la velocità di quell'oggetto mentre vola attraverso il cielo. Mentre viaggi oltre l'atmosfera terrestre verso quote più elevate, l'aria diventa più vacua, con meno molecole per contrastare la velocità in avanti di un satellite in orbita.

Come si applica la velocità orbitale ai viaggi nello spazio?

Gli scienziati missilistici, usano il principio della velocità orbitale per tracciare il corso del volo spaziale. Ciò implica, sia lanciare un razzo nel cielo, stabilire un'orbita, cambiare detta orbita o persino liberarsi dell'orbita, per tornare sulla Terra o tracciare un nuovo percorso nello spazio.

  • Come regola generale, i razzi si lanciano il più vicino possibile all'equatore, al fine di sfruttare la velocità di rotazione della Terra, che è più alta all'equatore, circa 1.000 miglia all'ora. Maggiore è la velocità orbitale che un razzo riceve dalla Terra, minore è il carburante necessario per raggiungere la velocità orbitale, che aumenta la sua efficienza. 
  •  La meccanica orbitale, è un termine per la matematica con cui un'astronave cambia orbita. Per gli oggetti in orbita, più si avvicinano all'oggetto in orbita, più velocemente viaggeranno attorno ad esso. Questo vale per qualsiasi oggetto in orbita attorno a un altro: la Terra in orbita attorno al sole, la luna in orbita attorno alla Terra o un'astronave in orbita attorno a un pianeta. Nella meccanica orbitale, il concetto di accelerare e rallentare, è complesso e controintuitivo. In orbita, accendere i motori in avanti, ti porta in un'orbita più alta, il che significa che rallenti, perché gli oggetti in un'orbita più alta si muovono più lentamente. Per andare più veloce, devi decelerare e cadere in un'orbita più bassa.
  • Più sei lontano dalla Terra, meno questo effetto è ingrandito. Quando ti allontani abbastanza dalla Terra, gli effetti relativi della meccanica orbitale, sono così bassi che puoi navigare, come se stessi usando la tua astronave nello spazio profondo.

In che modo la velocità orbitale è legata alla velocità di rotazione della Terra?

La Terra, è in costante rotazione su un asse. Tale asse attraversa il Polo Nord e il Polo Sud del pianeta. La parte della Terra più lontana da questo asse centrato sul polo, è l'Equatore. In conformità con i principi della fisica, la velocità di rotazione terrestre, sarà massima nel punto più lontano dall'asse. Per questo motivo, le agenzie spaziali, tendono a lanciare i loro razzi da punti relativamente vicini all'equatore. Ciò consente ai razzi, di assumere la velocità di rotazione della Terra nella loro ricerca, per raggiungere la velocità orbitale.

Qual è la differenza tra la velocità orbitale e la velocità di fuga?

Ci vuole un certo livello di velocità, affinché un oggetto raggiunga l'orbita attorno a un corpo celeste come la Terra. Ci vuole una velocità ancora maggiore, per liberarsi da tale orbita. Quando gli astrofisici progettano razzi per viaggiare su altri pianeti, usano la velocità di rotazione della Terra per accelerare i razzi e lanciarli fuori e oltre l'orbita. La velocità richiesta per liberarsi da un'orbita, è nota come velocità di fuga.Se un'astronave in orbita, spara il suo motore abbastanza a lungo, alla fine andrà abbastanza veloce da volare nello spazio profondo, sfuggendo alla gravità del pianeta. 

Per i tuoi approfondimenti:

Ingegneria aerospaziale

ASI

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