Почему метеор взрывается в воздухе?

Почему одни метеоры взрываются в воздухе, а другие падают на землю? Блогер Wired Science Ретт Аллен размышляет, как разбить космический камень на куски.

Фейсбук
Твиттер
Эл. адрес
Сохранить историю

Чтобы повторно просмотреть эту статью, перейдите в раздел «Мой профиль» и выберите «Просмотреть сохраненные истории».

Фейсбук
Твиттер
Эл. адрес
Сохранить историю

Позвольте мне начать нашу дискуссию о метеорах с комментария.

Уважаемые россияне. Мне жаль, что многие из вас получили ранения и понесли материальный ущерб. Тем не менее, я очень благодарен вам за обилие автомобильных видеокамер. Продолжайте хорошую работу. Хорошо, что BigFoot не живет в России, иначе его бы уже полностью "изгнали".

Также немного информации о метеоре.Большинство из них являются приблизительными, но они, по крайней мере, дадут нам начальное значение для расчета некоторых вещей. Вы можете найти многие из этих подробностей на странице НАСА, посвященной этому событию.

Метеор прилетел около 22:20. ЭСТ возле города Челябинск.
Расчетная высвобождаемая энергия составила 500 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Объект имеет размер (думаю, диаметр) около 17 метров.
Он имел скорость от 15 км/с до 18 км/с.
Масса объекта составляла от 7 000 до 10 000 тонн.
Распад метеора занял около 32 секунд. Не уверен, что это будет использоваться здесь, но да ладно.
Метеор взорвался на высоте от 15 до 25 км над землей.
У него был пологий угол входа менее 20 градусов.

Статья в тему: Какие у нас есть доказательства того, что Земля образовалась из астероидов?

Я думаю, что самая большая проблема с этим метеором в том, что он безымянный (по крайней мере, насколько мне известно). Разве мы не можем просто назвать эту вещь? Российское метеоритное событие — такое скучное название. Как насчет Рускеора? Это ведь не оскорбительно для русских? Надеюсь нет. Кроме того, я бы хотел назвать его камнем, а не метеором. Мне никогда не нравилась вся классификация метеороид — метеорит — метеорит. Ну что ж.

Плотность

Это был камень? Было ли это железо, похожее на скалу, или в основном железо? Если предположить, что камень представляет собой сферу радиусом 8,5 м и массой от 6,4 х 10 6 кг до 9 х 10 6 кг, то мы можем вычислить плотность. Объем этого камня был бы объемом сферы.

Используя нижний и верхний пределы массы, я получаю плотность от 2500 кг/м 3 до 3500 кг/м 3 . Что ж, значит, это был не просто железный камень. Это будет иметь плотность от 7000 до 8000 кг/м 3 . Он попадет в категорию «каменистых». Со мной все в порядке.

Движение в атмосфере

Если подумать, метеор похож на Феликса Баумгартнера в прыжке Red Bull Stratos. В прыжке Stratos Феликс прыгнул с воздушного шара на высоте 120 000 футов над землей. Это означает, что он смог в районе с очень небольшим сопротивлением воздуха разогнаться до очень высокой скорости.Когда он вошел в нижние слои атмосферы, на самом деле он двигался быстрее предельной скорости для этого уровня. Значит, воздух тормозил его. При предельной скорости сила сопротивления воздуха равна силе тяжести, а ускорение становится равным нулю.

Статья в тему: Сколько будет стоить аркадная игра про астероиды

Для Раскеора камень уже двигался очень быстро, когда вошел в атмосферу Земли. Воздух никак не мог разогнать его до конечной скорости — просто не хватало расстояния для такого большого камня. Но это сопротивление воздуха, по сути, является причиной того, что он взрывается.

Как моделировать сопротивление воздуха? Для обычных скоростных объектов (таких как баскетбольный мяч) мы можем использовать следующее, чтобы определить величину силы сопротивления воздуха.

Самый популярный
механизм
78 лучших предложений Черной пятницы прямо сейчас
Команда передач
механизм
Лучшие предложения Apple в Черную пятницу
Бренда Столяр
наука
Американская проблема деревьев на миллиард долларов распространяется
Брианна Рэндалл
наука
«Золотой водород» — неиспользованный ресурс в истощенных нефтяных скважинах
Крис Баранюк

Здесь р — плотность воздуха. А площадь поперечного сечения объекта и С – коэффициент, зависящий от формы объекта. Сфера будет иметь С около 0,47. Хотя эта модель, скорее всего, не работает для объектов, движущихся так же быстро, как Ruskeor, я все равно собираюсь ее использовать. По крайней мере, это даст мне приблизительную оценку.

А плотность воздуха? Вблизи поверхности Земли я бы просто использовал значение около 1,2 кг/м 3 , но это явно не работает на больших высотах. Для прыжка Red Bull Stratos я использовал эту модель плотности воздуха из Википедии. С этой моделью плотность воздуха на высоте 20 км над поверхностью будет около 0,095 кг/м 3 .

Статья в тему: Что такое астероиды, пересекающие Землю

Теперь у меня есть все, что мне нужно, чтобы оценить значение силы сопротивления скалы при ее взрыве. Подставляя числа, я получаю значение 1,38 x 10 9 ньютонов. Это также немного больше, чем вес скалы — при гравитационной силе около 9 х 10 7 ньютонов.

Но почему это должно привести к разрыву? Позвольте мне нарисовать Рускеор как набор более мелких кусочков.

Некоторые из этих частей Ruskeor окрашены в синий цвет. Это части, которые взаимодействуют с воздухом. Итак, воздух давит на эти передние части, чтобы замедлить их, но как замедляется остальная часть камня? Все просто: синие фигуры толкают другие фигуры. Так что, в некотором смысле, эта скала дробится. Раздавлен, потому что сила сопротивления воздуха давит на переднюю часть, но не на остальную часть скалы.

Насколько сильно вам придется надавить на материал, чтобы он сломался? Это то, что называется прочностью на сжатие. Понятно, что более широкий материал требует большей силы, поэтому прочность на сжатие измеряется в ньютонах на квадратный метр. На самом деле, это максимальное давление, которое может выдержать материал, прежде чем он сломается.

Возвращаемся в Рускеор. Допустим, я беру силу сопротивления сверху, и она равномерно распределяется по площади поперечного сечения скалы (чего бы не было). В этом случае я могу рассчитать давление воздуха на скалу.

Как это соотносится с прочностью на сжатие различных материалов? Я считаю The Engineering ToolBox полезным ресурсом. В нем указана прочность на сжатие 1,3 x 10 8 Н/м 2 для гранита и 6 x 10 7 Н/м 2 для известняка. Если бы мне пришлось угадывать (а, по-видимому, я это делаю), я бы сказал, что метеорит имеет прочность на сжатие где-то между этими двумя материалами. Вы, конечно, видите, что давление в моем расчете немного меньше, чем даже прочность известняка на сжатие. Я думаю, это нормально. Сопротивление воздуха по бокам метеора, вероятно, будет меньше по величине, чем в центре. Это означает, что сопротивление воздуха в центре метеора должно быть немного выше, что приводит к большему давлению.

Статья в тему: Как на астероиды и кометы влияет линия промерзания

Что, если бы метеор был больше? Ну, во-первых, это будет происходить быстрее. Почему? Сопротивление воздуха пропорционально квадрату радиуса камня, но масса (и, следовательно, импульс) пропорциональна кубу радиуса.Таким образом, для замедления в воздухе потребуется больше времени, и он достигнет атмосферы с более высокой плотностью с большей скоростью. А как насчет давления? И давление, и сила сопротивления воздуха пропорциональны квадрату радиуса, так что это мало что даст.

Из этого может показаться, что самым большим фактором, влияющим на то, взорвется ли метеор в воздухе или упадет на землю, будет состав породы. Я бы предположил, что иронический метеор будет иметь гораздо более высокую прочность на сжатие и с большей вероятностью упадет на землю. Но что я знаю? Я не специалист по метеорам. Я просто оцениваю вещи. Конечно, если бы я был специалистом по метеорологии, меня бы назвали метеорологом.

голоса

Рейтинг статьи