Man kan dela upp problemet i flera delar.
- Vad är en planet?
- Vad är en atmosfär?
- Vad är ett flygplan?
En planet är en samling materia som klumpas ihop av ömsesidig gravitation mellan beståndsdelarna. Planeter blir ofta runda bollar för det är så materien organiserar när den får röra sig fritt. Tex en stor klump av vatten eller smält materia blir rund om den placeras i rymden och får röra sig fritt.
Planeter har ett gravitationsfält som kan ses som att det strålar rakt ut i alla riktningar med ett visst flöde. Om man tänker sig en sfärisk yta som omsluter planeten avtar tätheten (styrkan) på gravitationen omvänt med kvadraten på avståndet. Detta för att ytan som gravitationen strålar ut genom blir större och större ju längre ut från planeten man kommer. Totala gravitations-flödet genom hela sfären är konstant. Det totala flödet avslöjar hur mycket massa som totalt finns där innanför. Ytan på en sfär ökar med kvadraten på avståndet till sfärens centrum. Det är faktiskt så gulligt ordnat att den tänkta sfären även kan vara mindre än jorden, men då får man räkna bort massan som är utanför sfären.
Om man ska föra bort en massa från en planet måste man på varje höjd lyfta med den kraft som gravitationen orsakar på den höjden. Att föra 1kg bort från jorden ut i rymden kräver en specifik mängd energi nämligen det totala lyftarbetet hela vägen från marken ända ut i oändligheten där gravitationen från jorden går mot noll. Kraften avtar ju rätt fort med 1/(r*r) så efter en jordradie bort från planeten är gravitationen bara en fjärdedel.
Så har vi atmosfären eller luften som omger planeten. Den ligger ju fastsugen av gravitationen runt planeten precis som haven och sjöarna, men är inte en vätska utan en gas. Men på samma sätt som djup i vatten är det högre tryck närmast planeten och successivt lägre tryck ju längre upp i luften man kommer.
Då det är en gas så blir den tätare vid högre tryck och glesare mellan atomerna vid lägre tryck på högre höjd.
Sedan måste man förstå hur flygplan med vingar fungerar. En vinge som rör sig genom luften omriktar den stillastående luften med en nedåtriktad komponent så att luften accelererar och man får då en motriktad kraft som kan bära upp planets vikt. Detta kräver att att någon skjuter på planet och därför sprejar man finfördelat flygbränsle i den stillastående luften som passerar in i en fläkt där luften hettas upp av bränslet och expanderar så att den skjuts ut med högre hastighet bakåt och man får då en horisontell kraft som trycker vingen och planet framåt genom luften.
Med ett visst gaspådrag och därmed fart genom luften kan man få vingarnas lyftkraft att precis balansera ut gravitationen som drar planet mot jordens centrum. Man färdas då på konstant höjd och flyger snyggt runt jorden på konstant höjd.
Gasar man nu på ytterligare så ökar lyftkraften och planet ökar höjden. Detta fortsätter tills man kommer högre upp där luften är glesare och dess expansion i motorn blir mindre. Lyftkraften från vingarna avtar då massan som accelererar nedåt av vingarna också avtar. Atomerna i luften (gasen) är glesare.
Planet går dock lättare att driva genom tunnare luft, men till slut blir luften för tunn och hur mycket du än gasar på så finns det för lite luft för att sätta fyr på den insprayade soppan och den expanderar för lite av uppvärmningen.
Dvs gravitation runt jorden är inte riktad rakt upp. Den strålar utåt i alla riktningar och i den runda världen är konstant höjd lika med konstant gravitation och samma energinivå. För att byta till högre höjd krävs mer energi än att flyga på konstant höjd. Har du hittat en höjd du gillar gasar på precis lagom för den höjden kommer planet inte att lyfta högre. För att det ska ske måste du röra på gasreglaget.
Det går ju att reglera höjden med inställningar i vingarna också och hitta god bränsleekonomi men kontant höjdflygning är stabil. Planet flyger inte rakt ut i universum för gasar du på allt du orkar hamnar du snart i tomma luften där det varken finns lyftkraft eller motorkraft - bara gravitation och missnöjda passagerare iförda syrgasmask och med en hissnande känsla i magen.
Glöm inte att när man flyger runt i en cirkel så får man ju en accelerationskraft också. Detta helt oberoende av om det är någon planet inblandad. Att åka i en kurva är helt enkelt avvikande färdriktning och det kräver en kraft i sidled för att fortgå. Flyger man jättefort runt en planet så kan man med kurvans krökning balansera ut gravitationen. Då kallas man satellit och kanske gör en omloppsbana. Notera att även när man kastar en sten är den en satellit med en omloppsbana runt jorden. Det är bara att jorden strax är i vägen för omloppsbanan så att den upphör. Stenen lägger sig och tjurar på marken men så snart det är fri väg fortsätter den mot centrum.
