Paritian

Física

Calculadora da Pressão de Radiação e da Vela Solar

Força, pressão e aceleração que a luz do Sol produz numa vela a uma dada distância do Sol, para qualquer refletividade e inclinação.

Resultados

Força na vela (perpendicular) 0,2760 mN
Intensidade da luz solar nesse ponto 1361,0 W/m²
Pressão da luz 8,626 µPa
Aceleração 0,0552 mm/s²
Velocidade ganha por dia 4,77 m/s

O que faz esta ferramenta

A luz transporta quantidade de movimento, por isso empurra aquilo em que bate: perto da Terra, a luz solar faz cerca de 4,5 micropascais numa superfície preta e o dobro num espelho perfeito. É minúsculo, mas nunca pára e não gasta combustível. O LightSail 2 da Planetary Society, um cubesat de 5 kg com uma vela de 32 m², demonstrou em 2019 uma aceleração de umas centésimas de milímetro por segundo ao quadrado, perto do que esta calculadora dá. O empurrão diminui com o quadrado da distância ao Sol e, numa vela plana inclinada, com o quadrado do coseno da inclinação; fica de fora a parte lateral da luz absorvida e a curvatura real da vela.

Fórmula

F = (1 + R) × I × A × cos²θ ÷ c · I = 1361 W/m² ÷ d²

Variáveis

SímboloSignificadoUnidade
dDistância ao SolAU
aÁrea da vela virada ao Solm²
rfRefletividade (0 = preto, 1 = espelho perfeito)—
mMassa da navekg
thInclinação da vela em relação ao Sol°
FForça na vela (perpendicular)mN
IRIntensidade da luz solar nesse pontoW/m²
PPressão da luzµPa
ACAceleraçãomm/s²
DVVelocidade ganha por diam/s

Exemplo resolvido

  • Distância ao Sol1 AU
  • Área da vela virada ao Sol32 m²
  • Refletividade (0 = preto, 1 = espelho perfeito)0,9
  • Massa da nave5 kg
  • Inclinação da vela em relação ao Sol0 °
  • Força na vela (perpendicular)0,2760 mN
  • Intensidade da luz solar nesse ponto1361,0 W/m²
  • Pressão da luz8,626 µPa
  • Aceleração0,0552 mm/s²
  • Velocidade ganha por dia4,77 m/s

Limitações

  • A fórmula assume condições ideais: sem perdas por atrito, sem resistência do ar e sem perdas de rendimento, a não ser que as introduza.
  • O resultado é uma estimativa baseada apenas nos valores que introduziu. Situações reais incluem muitas vezes fatores que esta calculadora desconhece.