Vraag 8Ruimtepuin
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bepaal eerst hoeveel kinetische energie het brokstuk moet verliezen, dus de verandering in kinetische energie.
- Reken de arbeid uit die de lasers in totaal in één minuut leveren, met het vermogen en de tijd.
- Vergelijk de twee waarden en trek daar je conclusie uit.
Hier verliezen leerlingen punten
- Reken met snelheden in m s⁻¹ en laat de tienmacht niet verkeerd samenvallen, want dat geeft een veel te kleine of grote energie.
- Vergeet de tijd om te zetten naar seconden, want het vermogen geldt per seconde en de lasers werken een minuut.
- Geef een conclusie zonder de twee berekende energieën naast elkaar te zetten, dus laat zien waarom de arbeid wel of niet genoeg is.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Versleten satellieten en brokstukken van gebotste satellieten vliegen als ruimtepuin rond de aarde. In 2018 heeft een kunstenaar geprobeerd om mensen bewust te maken van dit ruimtepuin, dat vanaf de aarde onzichtbaar is. Hij heeft met lasers vanaf de grond de positie van ruimtepuin op hoogtes tussen 2,0·10 5 m en 2,0·10 7 m aangeduid. Zie een artist’s impression in figuur 1. figuur 1 In 2009 vond de eerste botsing tussen twee satellieten plaats. Door deze botsing ontstonden veel brokstukken die nu nog om de aarde cirkelen. De baansnelheid van een van de satellieten in zijn cirkelbaan voor de botsing was 7,75·10 3 m s − 1 .
Om botsingen te voorkomen wordt figuur 2 tegenwoordig al vóór de lancering van nieuwe satellieten nagedacht over het opruimen ervan aan het einde van de levensduur. Een mogelijke oplossing voor een geostationaire satelliet is om hem aan het einde van zijn leven naar een speciale baan om de aarde te brengen: de kerkhofbaan. Zie figuur 2. Deze figuur is schematisch en niet op schaal. Voor de overgang van de geostationaire baan naar de kerkhofbaan moet 7,0 MJ arbeid worden verricht. Deze arbeid wordt geleverd door een stuwraket die brandstof verbrandt met een rendement van 64% . De brandstof die wordt gebruikt, heeft een stookwaarde van 19,4∙10 6 J kg −1 . De orde van grootte van de massa van een kleine satelliet is 100 kg .
Voor brokstukken die zijn ontstaan na een botsing, is een kerkhofbaan sowieso geen oplossing. Een voorstel is om dit ruimtepuin op te ruimen door bestraling met zeer krachtige lasers vanaf de aarde. Door de bestraling met lasers neemt de snelheid van een brokstuk een beetje af. Hierdoor komt het dichter bij de aarde en zal het uiteindelijk door een snelle toename van temperatuur verdampen.
De lasers verrichten arbeid en remmen hierdoor een brokstuk af. Dergelijke opruimacties zijn al gemodelleerd door wetenschappers, maar zouden de lasers van de kunstenaar ook krachtig genoeg zijn om een brokstuk voldoende af te remmen? De arbeid die deze lasers samen per seconde verrichten op het brokstuk is 1 10 · 2 J. De snelheid van dit brokstuk ( m = 2 kg ) moet worden verlaagd van 7,6∙10 3 m s −1 naar 7,5∙10 3 m s −1 . De lasers raken het brokstuk in totaal 1 minuut .
Leg met behulp van een berekening uit of deze lasers in dat geval genoeg arbeid verrichten om het brokstuk voldoende af te remmen.