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Über Photonen und Photonen-Raketen
Der Fokus des Parabolspiegels ist eine ideale Quelle von Photonen, die sich ergebende Vernichtung von Materie und Antimaterie. Nach der Reflexion von den Spiegel Photonen reisen parallelen Strahl. Finden Sie die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs, wenn seine Masse vor der Bewegung m ist, und nach dem Overclocking - m 0. Welcher Teil des Anfangsmasse kann auf die Geschwindigkeit von 0,999s beschleunigt werden?
Im Zusammenhang mit der Veröffentlichung in der Zeitung "Physik", in Bezug auf die Methoden der Relativitätstheorie lehrt, insbesondere im Hinblick auf die Frage der Gewichts je nach Geschwindigkeit, ist es sinnvoll, dieses Problem zu lösen? Vielleicht kann dies ohne Verwendung der relativistischen Gesetze gemacht werden? "
Die Antwort kann auf viele Physiklehrer von Interesse sein. So geben wir eine Lösung für dieses Problem mit den Kommentaren.
1. Bei der Analyse eines hypothetischen photonischer Rakete Fähigkeiten notwendig , die Frage, wie das Photon Motor zu trennen, die Frage, wie die Rakete Beschleunigung mit diesem Motor passiert. In diesem und in einem anderen Fall die Notwendigkeit, zu analysieren, die Gesetze der speziellen Relativitätstheorie zu verwenden (WAS). Zur Lösung des Problems durch eine nicht-relativistischen Gesetze der Erhaltung der Energie und Dynamik im Prinzip falsch vorgeschlagen.
2. Das Wesen der Konstruktion des Photons Motor ist die Verwendung der Vernichtung von Materie und Antimaterie werden , in denen Photonen gebildet.
Ein Beispiel einer solchen Reaktion ist die Vernichtung von Paaren von protonen Antiproton- zwei g-Quanten zu bilden. Im allgemeinen vernichten jedes Teilchen mit antiparticle kann in ein Paar von Photonen drehen. Eine solche Reaktion ist theoretisch die beste für einen Jet-Engine zu schaffen, da gebildet in sie Partikel (Photonen), wobei bei der höchsten möglichen Geschwindigkeit fliegen. Als ein anderer Ziolkowski gesetzt, Jet-Wirkungsgrad des Motors ist auf den Ablauf der Strahlgeschwindigkeit (in diesem Fall - der Photonenfluss) direkt proportional. Zweitens kommt es bei der Vernichtung Reaktion theoretisch die effizienteste "Brennen" Brennstoff, da energetischer Teilchen und Antiteilchen sich darauf vollständig in Energie Photonen umgewandelt.
Häufig verwendete den Ausdruck "wird, wenn die Photonen Motor Masse in Energie umgewandelt" - ohne Erfolg. Rechts über den Übergang von einer Energieform (Ruheenergie von Materie und Antimaterie) zum anderen (energetischen Photonen) zu sprechen.
Wir diskutieren nicht die Frage, ob wir ein Photon Motor wirklich schaffen kann.
3. die Aufgaben der Fragen verknüpft c Stufe Beschleunigung Photonen - Rakete. Bei der Entscheidung, die relativistischen Gesetze der Erhaltung der Energie und Dynamik zu nutzen, und die Beziehung von Einstein zwischen der Energie, Impuls und Masse der Partikel. Daran erinnern, diese Beziehungen. Sei E, p, v und m - Energie, Impuls, Geschwindigkeit und Masse des Teilchens sind. Dann gilt:
E 2 = p 2 c 2 + m 2 C 4; (1)
p = Ev / c 2. (2)
Jeder soll aus dem Spiegel Photon reflektiert einen Impuls p g hat. Da die Masse des Photons Null ist, durch (1) die Energie jedes Photons E g = cp g, wobei p g - Photon - Impulsmodul. Da alle Photonen miteinander reisen parallel, der Gesamtimpuls von mitgeführten Photonen während der Beschleunigung Rakete, p = EP g. Daher ist die Gesamtenergie der emittierten Photonen ist E = cp.
Durch das Gesetz der Impulserhaltung Gesamtimpuls "Rakete und das emittierte Photon" System gleich Null ist, das heißt, der Flugkörper selbst wird am Ende der Beschleunigungsimpuls p 0 = p erhalten. Modulo Diese Impulse werden daher die Gesamtenergie des emittierten Photons durch den Raketen Impulsmodul ausgedrückt werden:
0 E = cp. (3)
Wir schreiben das Gesetz der Erhaltung der Energie:
mc 2 = E 0 + E (4)
wobei die Ausgangsenergie auf die Ruheenergie Raketenbeschleunigungs, E0 gleich - die Energie der Rakete nach der Niederschlagung, E - die Energie der emittierten Photonen während der Beschleunigung. Im Hinblick auf (3), Formel (4) kann wie folgt geschrieben werden:
mc 2 = E 0 + 0 Mi. (5)
Darüber hinaus aus der Gesamtmenge von (1), die nach der Auflösung
E 02 - (cp 0)0 = m 22 c 4. (6)
Gleichungen (5) und (6) ermöglichen es, eine Verbindung zwischen der anfänglichen und endgültigen Masse der Rakete zu finden, und als Ergebnis der Beschleunigung Geschwindigkeit v erreicht hat. Tatsächlich durch (2) cp 0 = E 0 v / c = 0 sein, wobei b = v / c. Substituieren dieser Beziehung in der Formel (5) und (6) erhalten wir:
mc 2 = (1 + b) E 0 (7)
m 0 c 2 = 4 (1 - b 2) E 02. (8)
Die Aufteilung des Ausdrucks (8) durch das Quadrat der Ausdruck (7), finden wir:
(9)
Dies ist die Antwort auf das zweite Problem.
Ausdruck b das Massenverhältnis, erhalten wir die Antwort auf die erste Frage des Problems:
(10)
Für v = 0 0,999s Verhältnis m / m »0,02.
Beachten Sie, dass diese Aufgabe aus dem Buch von I. Vorobyov genommen wird, "Die Relativitätstheorie in den Aufgaben" [M:., Science, 1989].
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Erscheinungsdatum 01.10.2003gg
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