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El cuete de enviar al espacioun cohete
Javier Ballesteros Paredes Centro de Radioastronomía
y Astrofísica UNAM, Campus Morelia
Aristóteles
La naturaleza de los cuerpos materiales es el reposo.
Si los cuerpos se mueven es porque se les aplica una fuerza.
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
Galileo
Un cuerpo tiende a estar en movimiento constante o en reposo mientras no se le aplique una fuerza.
Si a un cuerpo se le aplica una fuerza, el cuerpo cambia su estado de movimiento.
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
¿Quién tiene razón?
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
¿Quién tiene razón?
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
¿Cómo nos movemos?
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
1ª Ley de Newton Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o
movimiento rectilíneo uniforme mientras no se le aplique una fuerza.
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2ª Ley de Newton
F=ma
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3ª Ley de Newton A toda acción corresponde una reacción igual y opuesta.
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¿Cómo nos movemos?
Nadar:
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¿Cómo nos movemos?
Volar:
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¿Cómo nos movemos?
Caminar:
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¿Cómo nos movemos?
Caminar:
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¿Cómo nos movemos?
Nadar: Barco, submarino
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¿Cómo nos movemos?
Volar: avión
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¿Cómo nos movemos?
Caminar: auto
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Ley de gravitación universal
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¿Cómo le hacemos en el espacio?
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¿Cómo le hacemos en el espacio?
Todas las leyes de la física se aplican también en el espacio.
1. Inercia2. F=ma3. Acción-Reacción4. Gravitación Universal
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
¿Cómo le hacemos en el espacio?
Todas las leyes de la física se aplican en el espacio.
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
Orbitando a unos 350 km de altura
Una vez en órbita, ¿cómo le hacemos para movernos a otro lugar?
Al igual que en la Tierra, en el espacio necesitamos empujar algo hacia un lugar para movernos en la dirección opuesta.
Al igual que en la Tierra, en el espacio necesitamos empujaralgo hacia un lugar para movernos en la direcciónopuesta.
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¿cómo nos movemos en el espacio?
Mientras que en la Tierra uno tiene muchos elementos de dónde agarrarse, en el espacio nomás no hay…
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¿Cómo se mueve un cohete?
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En el espacio, es necesario llevar con nosotros el material que queremos arrojar
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Ecuación del cohete
Ecuación del coheteEn órbita, el transbordador espacial viaja a una velocidad de8 km/seg. Si quisiéramos que saliera de la atracción de la
Tierra habría que acelerarlo a 11.2 km/seg, la velocidad de escape de la Tierra. Esto quiere decir que se necesita, al menos,
¡cuatro veces más combustible para sacar al transbordador de la influencia gravitacional de la Tierra, que para ponerlo en órbita!
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Ecuación del cohete
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
Un cohete que logra escapar de la atracción de la Tierra con la velocidad mínima requerida viaja por el espacio a una velocidad de poco menos de 2 km/seg. A esta velocidad, tardaría unos:
9 meses en llegar a Marte
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Un cohete que logra escapar de la atracción de la Tierra con la velocidad mínima requerida viaja por el espacio a una velocidad de poco menos de 2 km/seg. A esta velocidad, tardaría unos:
8 años en llegar a Júpiter
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Un cohete que logra escapar de la atracción de la Tierra con la velocidad mínima requerida viaja por el espacio a una velocidad de poco menos de 2 km/seg. A esta velocidad, tardaría unos:
19 años en llegar a Saturno
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Un cohete que logra escapar de la atracción de la Tierra con la velocidad mínima requerida viaja por el espacio a una velocidad de poco menos de 2 km/seg. A esta velocidad, tardaría unos:
39 años en llegar a Urano
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Un cohete que logra escapar de la atracción de la Tierra con la velocidad mínima requerida viaja por el espacio a una velocidad de poco menos de 2 km/seg. A esta velocidad, tardaría unos:
63 años en llegar a Neptuno
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¿cuánto tiempo se tardará un cohete en llegar a Mercurio?
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¿Cuánto tiempo se tardará un cohete en llegar a Mercurio?
En llegar, casi 1 áño, pero...
Para ponerse en órbita, 6 años
De hecho, debemos aprovechar en todo momento la gravedad de los demás
planetas
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¿Cómo hacer para llegar más rápido?Aprovechando la gravedad de los demás planetas
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De hecho, debemos aprovechar en todo momento la gravedad de los demás
planetas
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Ulysses: exploración de los polos norte y sur del Sol
De hecho, debemos aprovechar en todo momento la gravedad de los demás
planetas
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¿Cómo hacer para llegar más rápido?Cohetes de plasma
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¿Cómo hacer para llegar más rápido?Cohetes de plasma:Deep Space I utilizó tan solo 68 kilos de Xeon para salir de
órbita terrestre
El cuete de enviar al espacio un cohete @ UNAM 2010
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Regreso a Tierra
Regreso a Tierra
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AterrizarEn la Tierra, el transbordador espacial tiene pistas de
aterrizaje
Alunizar
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Alunizar
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Alunizar
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Alunizar
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“Aplanetizar”
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En general, sí hay atmósfera, y NO hay pistas de aterrizaje, el panorama se complica
“Aplanetizar”
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En Marte hemos bajado instrumentos con paracaidas, globos y retrocohetes.
Problema: tiempos
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El último viaje a Marte duró 9 meses (sonda Fénix). Con cohetes convencionales sería posible reducirlo a 6, perono mucho más.
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
Lanzamiento
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
3 meses después
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
6 meses después
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
9 meses después delLanzamiento, Llegamos a Marte
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
1 año después dellanzamiento
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
1 año 3 meses
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
1 años 6 mesesdespués delLanzamiento, empendemos el camino deregreso a casa
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
1 años 9 meses
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
2 años
Problema: tiempos
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Teconología actual: 9 meses en ir + 9 meses en volverPero además: problema de tiempo con las órbitas:
2 años 3 mesesdespués, llegamos a casa
Problema: tiempos
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El problema de ir a Marte no es de “voy-vuelvo”.
Problema: tiempos
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¿qué combustible necesitamos llevar para poder regresar?
Problema: tiempos
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¿qué vamos a llevar para comer? ¿qué agua vamos a tomar? ¿cómo vamos a vivir en Marte?
Amenazas interestelares
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Amenazas interestelares
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Problema: rayos cósmicos
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Problema: rayos cósmicos
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Problema: tiempos
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Estando en el espacio, recibimos una dosis de unos 5mil rayos cósmicos cada segundo, y cada uno de éstos dejaríaen nuestro cuerpo una estela de enlaces químicos rotos y átomos ionizados.
En un viaje de 2 años 3 meses recibiríamos al menos unas50 veces más radioactividad que la máxima permitida, y probablemente la mitad de nuestro ADN esté dañado.
Problema: Rayos cósmicos
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Alternativas: Proteger a la nave con un campo magnéticointenso
Problema: Rayos cósmicos
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Alternativas: Proteger a la nave con un campo magnéticointenso
Problema: Rayos cósmicos
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Alternativas: Proteger a la nave con un campo magnéticointenso
MALA OPCIÓN:• Necesitamos un campo magnético 600 mil veces mayor
que el campo magnético de la Tierra.• ¿cómo generarlo?• ¿qué efectos tendrá un campo magnético así para los
astronautas?
Problema: Rayos cósmicos
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Alternativas: Campo eléctrico: repeleríamos las partículasde un signo, pero no las del signo opuesto.
Problema: Rayos cósmicos
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Alternativas: Burbuja de agua
Problema: Rayos cósmicos
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Alternativas: Burbuja de agua
¡500 toneladas de H20!
¿Y si queremos ir a otra estrella?
Escalas: Supongamos que el Sol es una estrella de 1 metro de tamaño. A esta escala:
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¿Y si queremos ir a otra estrella?
Escalas: Supongamos que el Sol es una estrella de 1 metro de tamaño. A esta escala:
1. Mercurio es un granito de arena que debería estar a unos 30 metros
2. Venus y la Tierra serían caniquitas de 1 cm que se colocarían a 70 y a 100 metros
3. Marte sería una canica un poco más chica, y estaría a 150 metros de distancia
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¿Y si queremos ir a otra estrella?
Escalas: Supongamos que el Sol es una estrella de 1 metro de tamaño. A esta escala:
1. Júpiter sería una pelota de 10 cm colocada a medio km.2. Saturno sería un poco más pequeña, y estaría a 1 km3. Urano y Neptuno serían un pelotas de unos 4-5 cm, y
habría que colocarlas a 2 y 3 km.
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¿Y si queremos ir a otra estrella?
A esta escala: ¿qué tan grande es, y dónde queda la estrellamás cercana?
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¿Y si queremos ir a otra estrella?
Próxima Centauri, estrella similar al Sol, habría quecolocarla en Moscú...
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¿Y si queremos ir a otra estrella?
Próxima Centauri, estrella similar al Sol, habría quecolocarla en Moscú... Pero por el lado lejano de la Tierra.
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85
(Por)
Fin
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Newton A toda acción corresponde una reacción de igual
magnitud pero en sentido opuesto.
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Newton A toda acción corresponde una reacción de igual
magnitud pero en sentido opuesto.
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¿Cómo le hacemos en el espacio?
Todas las leyes de la física se aplican en el espacio.
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Aplanetizar
apollos
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¿Cómo le hacemos en el espacio?
Todas las leyes de la física se aplican en el espacio.
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¿Cómo le hacemos en el espacio?
Todas las leyes de la física se aplican en el espacio.
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