Возможно ли отправить футбольный мяч на орбиту одним точным и мощным ударом ноги? В новом выпуске StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его коллега Гэри О’Рейли разбирают физику профессионального спорта и сопоставляют её с жесткими законами космической механики. Исследователи выясняют, хватит ли сил у земных атлетов, чтобы преодолеть гравитацию, и на каких небесных телах футбольный матч может закончиться потерей мяча в межзвёздном пространстве.
⚽ Рекорды Земли и физика удара 0:01
Обсуждение начинается с анализа возможностей человеческого тела и современных технологий в спорте. Гэри О’Рейли приводит впечатляющий факт: максимальная зафиксированная скорость полета мяча в профессиональном футболе составляет 131 милю в час (около 210 км/ч) . Этот рекорд принадлежит бразильскому футболисту Ронни Эберсону, который неоднократно демонстрировал подобную мощь удара .
Нил Деграсс Тайсон обращает внимание на то, что скорость полета зависит не только от силы мышц, но и от физических свойств самого снаряда:
- Деформация и отскок: При ударе мяч сжимается, аккумулируя энергию. Скорость вылета определяется не только движением стопы, но и тем, насколько эффективно мяч восстанавливает форму (эффект отдачи) .
- Дизайн снарядов: Тайсон отмечает, что дизайн современных мячей специально разрабатывается для того, чтобы они летели быстрее, делая игру более динамичной .
- Сравнение с бейсболом: Тайсон вспоминает свой опыт из «Малой лиги», когда он обнаружил, что розовый надувной мяч (Spalding) летит гораздо дальше бейсбольного . Гэри О’Рейли добавляет, что бейсбольный мяч внутри состоит из слоев резиновых лент и нитей, обмотанных вокруг небольшого ядра, которое, по воспоминаниям Тайсона, иногда содержит жидкость .
🚀 Математика орбиты: правило квадратного корня 4:09
Переходя от спорта к астрофизике, Тайсон объясняет, почему даже рекорд Ронни Эберсона ничтожно мал для выхода в космос. Вторая космическая скорость (скорость убегания) для Земли составляет примерно 7 миль в секунду . В пересчете на привычные величины — это около 25 000 миль в час.
Тайсон делится «красивым и гиковским» физическим фактом, который был частью его экзамена в аспирантуре :
- Формула орбитальной скорости: Чтобы вычислить скорость, необходимую для удержания объекта на низкой околоземной орбите, нужно разделить скорость убегания на квадратный корень из двух ($\sqrt{2} \approx 1,41$) .
- Реальные цифры: 7 миль в секунду, разделенные на $\sqrt{2}$, дают примерно 5 миль в секунду .
- Контекст: Именно с такой скоростью (5 миль/с) движутся МКС, космические шаттлы и спутники Илона Маска .
По мнению Тайсона, даже если бы Супермен обладал суперсилой, ключевым фактором для запуска мяча на орбиту была бы именно скорость его движения, а не просто мощь .
☄️ Космический футбол на астероидах и карликовых планетах 6:23
Если на Земле отправить предмет в космос ударом ноги невозможно, то на других небесных телах ситуация меняется. Тайсон анализирует различные объекты Солнечной системы:
- Марс и Плутон: Эти планеты (и бывшие планеты) всё еще слишком велики. Скорости человеческого удара не хватит, чтобы преодолеть их гравитацию .
- Церера (Ceres): Крупнейший объект в поясе астероидов, классифицируемый как карликовая планета . Её гравитация настолько велика, что придала ей сферическую форму. Скорость убегания здесь составляет около 1/3 мили в секунду, что всё еще недостижимо для футболиста .
- Кометы: На комете Галлея скорость убегания составляет всего около 1 мили в час .
По словам Тайсона, на объектах размером в пару десятков миль в поперечнике любой человек может случайно стать «пусковой установкой». На таких телах прыжок или быстрый бег могут привести к тому, что вы навсегда покинете поверхность и улетите в открытый космос . Тайсон шутит, что футбол в таких условиях был бы крайне неудобным: любое гневное действие приводило бы к потере мяча на орбите .
☀️ Как покинуть Солнечную систему 10:47
Тайсон объясняет, что те же принципы математики работают и в масштабах всей звездной системы. Чтобы объект не просто покинул Землю, а полностью улетел из Солнечной системы, нужно учитывать орбитальную скорость Земли относительно Солнца.
- Орбитальная скорость Земли: Наша планета движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с (или 18 миль в секунду) .
- Расчет скорости убегания: Если умножить 30 км/с на $\sqrt{2}$, мы получим примерно 42 км/с .
- Итог: Чтобы запустить мяч (или корабль) за пределы Солнечной системы, необходимо разогнать его до скорости около 30 миль в секунду по направлению движения Земли .
🔄 Орбитальный «бумеранг»: почему мяч вернется? 12:39
В завершение дискуссии Нил Деграсс Тайсон описывает любопытный парадокс орбитальной механики. Если вы пнете мяч с большой скоростью, но её окажется недостаточно для выхода на стабильную орбиту или преодоления гравитации, в теории мяч должен вернуться в точку запуска.
По словам Тайсона, точка запуска всегда остается частью орбитального пути объекта . Если бы Земля была сжата до размера точки (но сохраняла свою массу), а вы «парили» бы в месте удара, то выпущенный мяч описал бы огромную эллиптическую орбиту и через полтора часа ударил бы вас в затылок . В реальности же мяч просто столкнется с поверхностью планеты на другой стороне Земли, так как она находится на пути этой воображаемой орбиты .
