Moto
Czwartek 07.09.2017, CKM (ps)
Zagadki nauki (3)
Nawet na najgłupsze pytanie można udzielić naukowej odpowiedzi!
UPADEK STEKU
Z jakiej wysokości trzeba by upuścić stek, aby w chwili uderzenia o ziemię był już usmażony?
Obiekty
powracające z Kosmosu silnie się nagrzewają. Gdy już wejdą w atmosferę
ziemską, powietrze nie ma czasu, aby usunąć im się z drogi, i ulega
sprężaniu przed obiektem, co prowadzi do wzrostu jego temperatury. Ten
wzrost zaczynamy zauważać powyżej prędkości dwóch machów. Gdy
spadochroniarz Felix Baumgartner skoczył z wysokości 39 kilometrów,
osiągnął prędkość jednego macha na wysokości około 30 kilometrów. W
początkowej fazie lotu temperatura powietrza wynosiła około minus 40
stopni.
Aby mieć jakiekolwiek pojęcie o tym, w jakim stopniu
powietrze podgrzałoby stek o wadze 0,2 kg, skorzystałem z publikacji
dotyczących rozgrzewania się nosów rakiet ICBM podczas wchodzenia w
atmosferę ziemską (odpowiednie badania naukowe można znaleźć w
wojskowych opracowaniach z czasów zimnej wojny).
Okazało się, że
stek przyśpieszałby z dużą prędkością do wysokości około 30–50
kilometrów nad ziemią; później powietrze byłoby już na tyle gęste, że
zacząłby zwalniać swój lot. Pokonanie ostatnich 25 kilometrów do ziemi
zajęłoby mu od sześciu do siedmiu minut. Na znacznym odcinku tych
ostatnich 25 kilometrów powietrze ma temperaturę poniżej zera – co
oznacza, że stek byłby poddawany mroźnym podmuchom wiatru o sile
huraganu. I nawet jeśli podczas spadania zostałby najpierw usmażony, to i
tak po wylądowaniu na ziemi prawdopodobnie trzeba by go było rozmrozić.
Kiedy stek w końcu uderzyłby w ziemię, leciałby z prędkością około 30
metrów na sekundę. Nawet zamrożony natychmiast rozpadłby się na kawałki.
Gdyby jednak wylądował w wodzie, błocie albo na stercie liści, to
pewnie nic by mu się nie stało.
W odróżnieniu od Feliksa, stek
upuszczony z wysokości 39 kilometrów prawdopodobnie nie przekroczyłby
bariery dźwięku. Aby ją przekroczyć musiałby być upuszczony z wysokości
50 kilometrów. Ale to wciąż za mało, aby go usmażyć. Trzeba wznieść się
jeszcze wyżej. Stek upuszczony z wysokości 70 kilometrów będzie spadał
wystarczająco szybko, aby być poddanym działaniu powietrza o
temperaturze 175 stopni C. Niestety, to trwałoby tylko minutę – i każdy,
kto ma pojęcie o gotowaniu, wie, że stek umieszczony na tak krótko w
piekarniku nie zostanie usmażony.
Jeśli wzniesiemy się na wysokość
100 kilometrów sytuacja będzie wyglądać niewiele lepiej. Przez półtorej
minuty stek będzie się poruszał z prędkością ponad dwóch machów i jego
powierzchnia prawdopodobnie zostanie osmalona, ale zewnętrzne ciepło
zamieni się w lodowaty podmuch stratosfery zbyt szybko, aby stek mógł
zostać usmażony.
Po zrzuceniu steku z wysokości 250 kilometrów zaczyna się robić gorąco; to już niska orbita okołoziemska. Nasz stek osiągnąłby maksymalną prędkość sześciu machów, a jego powierzchnia mogłaby nawet zostać przyjemnie podsmażona. Niestety, jego wnętrze wciąż pozostawałoby surowe. Chyba, że zacząłby wirować z tą prędkością i wówczas rozerwałby się na kawałki.
Przy upadku z większych wysokości ciepło zaczyna mieć naprawdę istotne znaczenie. Przy naddźwiękowych prędkościach wokół steku powstałaby fala uderzeniowa, która osiągnęłaby temperaturę tysięcy stopni Celsjusza. Spowodowałaby całkowite spalenie się powierzchni, czyli praktyczne zwęglenie. Zwęglona, zewnętrzna warstwa mięsa nie byłaby dość zwarta i wiatr rozerwałby ją na kawałki, odsłaniając kolejną warstwę, która również uległaby zwęgleniu. (Przy odpowiednio wysokiej temperaturze podmuch powietrza po prostu zerwałby powierzchnię steku i ugotował ją próżniowo. W materiałach dotyczących rakiet ICBM nazywa się to ablacją). Stek upuszczony nawet z tak dużej wysokości wciąż nie przebywałby wystarczająco długo w temperaturze umożliwiającej jego całkowite usmażenie. Nawet gdyby większa część naszego kawałka mięsa spadła na ziemię, jego wnętrze wciąż byłoby surowe.
Zainteresowaliśmy cię? Kolejnej naukowej odpowiedzi na głupie pytanie szukaj w kolejnej części „Zagadek nauki”.
Przedstawione ci naukowe odpowiedzi na abstrakcyjne pytania zaczerpnęliśmy z książki „What if?” Randalla Munroe legendy internetu, naukowca NASA, który porzucił karierę twórcy robotów by... tworzyć komiksy.
Tekst pierwotnie ukazał się w magazynie CKM.
Kup CKM przez internet: zamawiając prenumeratę na cały rok dostaniesz dwa numery za darmo i dodatkowy prezent gratis! KLIKNIJ TUTAJ.