Да уж, задача какая-то...не очень жизнеутверждающая. Но, коль ею кто-то озадачен, будем подходить к ней с точки зрения физики.
Условия весьма не однозначные. Не задан ряд существенных параметров - например, температура, давление, плотность воздуха или зависимость этих параметров от высоты и т.п.
Для решения задачи необходимо принять ряд допущений. Для более четкой определенности будем считать температурой сгорания тела человека температуру, которую создают в камерах крематориев. А он минимально составляет 870 градусов Цельсия.
Второе допущение для возможности хотя бы приблизительных вычислений: поскольку основную составляющую часть воздуха составляют азот и кислород ( двухатомные молекулы), будем вести расчеты в привязке к двухатомным молекулам .
При столкновении двухатомной молекулы газа (воздуха) с поверхностью самолета она может получить энергию не большую, чем:
E=\frac{5kT_1}{2}+\frac{mv^2}{2}
где k -постоянная Больцмана, T1 - температура молекулы газа, m - масса молекулы газа, v скорость движения тела или в системе координат, связанной с самолетом, средняя скорость упорядоченного движения налетающих на тело молекул. После столкновения с телом молекулы газа должны иметь энергию 5kT/2, соответствующую температуре T2 поверхности тела, то:
\frac{5kT_2}{2}=\frac{5kT_1}{2}+\frac{mv^2}{2}
Отсюда: v=\sqrt{\frac{5k(T_2-T_1)}{m}}
Для упрощения расчетов примем во внимание, что в воздухе 78% азота и 21% кислорода. Масса молекулы азота m_N=4,65*10^{-26} кг, масса молекулы кислорода m_O=5,312*10^{-26} кг.
Возьмем для расчета массу молекулы воздуха m=4,8*10^{-26} кг.
Пусть температура воздуха на некоторой высоте в атмосфере составляет 0 градусов Цельсия. Подставив в (1) значения, получаем:
где Тн — температура набегающего воздуха, v — скорость полёта тела, Cp
— удельная теплоёмкость газа при постоянном давлении.
Условия весьма не однозначные. Не задан ряд существенных параметров - например, температура, давление, плотность воздуха или зависимость этих параметров от высоты и т.п.
Для решения задачи необходимо принять ряд допущений. Для более четкой определенности будем считать температурой сгорания тела человека температуру, которую создают в камерах крематориев. А он минимально составляет 870 градусов Цельсия.
Второе допущение для возможности хотя бы приблизительных вычислений: поскольку основную составляющую часть воздуха составляют азот и кислород ( двухатомные молекулы), будем вести расчеты в привязке к двухатомным молекулам .
При столкновении двухатомной молекулы газа (воздуха) с поверхностью самолета она может получить энергию не большую, чем:
E=\frac{5kT_1}{2}+\frac{mv^2}{2}
где k -постоянная Больцмана, T1 - температура молекулы газа, m - масса молекулы газа, v скорость движения тела или в системе координат, связанной с самолетом, средняя скорость упорядоченного движения налетающих на тело молекул. После столкновения с телом молекулы газа должны иметь энергию 5kT/2, соответствующую температуре T2 поверхности тела, то:
\frac{5kT_2}{2}=\frac{5kT_1}{2}+\frac{mv^2}{2}
Отсюда: v=\sqrt{\frac{5k(T_2-T_1)}{m}}
Для упрощения расчетов примем во внимание, что в воздухе 78% азота и 21% кислорода. Масса молекулы азота m_N=4,65*10^{-26} кг, масса молекулы кислорода m_O=5,312*10^{-26} кг.
Возьмем для расчета массу молекулы воздуха m=4,8*10^{-26} кг.
Пусть температура воздуха на некоторой высоте в атмосфере составляет 0 градусов Цельсия. Подставив в (1) значения, получаем:
v=\sqrt{\frac{5*1,38*10^{-23}*(870-0)}{4,8*10^{-26}}}=1118 м/с
Или 4026 км/ч 1024,8 км/ч
Все бы хорошо, но не учли мы, что если полет совершается со сверхзвуковой скоростью, торможение происходит прежде всего в ударной волне, возникающей перед телом.
Дальнейшее торможение молекул воздуха происходит непосредственно у самой поверхности тела, в пограничном слое. При торможении молекул воздуха их тепловая энергия возрастает, т. е.
температура газа вблизи поверхности движущегося тела повышается. Максимальная температура, до которой может нагреться газ в окрестности
движущегося тела, близка к так называемой температуре торможения:
T_0=T_H+\frac{v^2}{2C_p},
Так, например,
при полёте сверхзвукового самолёта с утроенной скоростью звука (около 1 км/ сек)
температура торможения составляет около 400°C, а при входе космического
аппарата в атмосферу Земли с 1-й космической скоростью (8,1 км/сек) температура торможения достигает 8000 °С.
Температура торможения космического аппарата достигает температуры не более 2000 *С, а точнее - около 1700 градусов. Почитайте про Шатлы и Бураны.
ОтветитьУдалитьСпасибо за комментарий
ОтветитьУдалитьА как получилось 1118 м/с равно 4026 км/ч ? 4024,8 км/ч
ОтветитьУдалитьСпасибо за поправку. Исправил.
ОтветитьУдалить