Sé que la tercera ley de Newton del movimiento podría ser la respuesta para esto, pero todavía me estoy preguntando cómo los cohetes podrían empuje en el espacio vacío y se mueven en la dirección opuesta. Supongo que un astronauta no ser capaz de empujar en el espacio vacío con sus manos o las piernas para moverse a sí mismo, pero con un motor de cohete es posible. Cómo? ¿Cuál podría ser la explicación para esto en la Relatividad General?
Respuestas
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La tercera ley de Newton es bastante cerca de la marca.
Todos los fenómenos que se cite madre desde el principio de conservación del impulso en un sistema aislado, en sí mismo, en definitiva un resultado (a través del teorema de Noether) en el hecho de que la descripción física de que el sistema aislado no cambia si cambiamos el origen espacial de nuestro sistema de coordenadas.
Por lo tanto, si usted está en el espacio profundo y se saque algo con masa $m$ en una dirección a una velocidad de $v$, su impulso es $m\,v$ en esa dirección. La inicial momentum total del sistema (+ proyección de la cosa) es cero. Lo que significa que el total final de impulso para el sistema debe ser cero. Por lo tanto, su propio impulso debe ser $m\,v$ en la dirección opuesta a la proyección de la cosa. Si su masa es de $M$, entonces su velocidad es $m\,v/M$ en la dirección opuesta a la proyección de la cosa.
Tenga en cuenta que, aunque usted no puede cambiar su centro de masa sin tirar nada (y, en cualquier caso, el centro de masa de todo el sistema, es decir, usted+proyección de la cosa se queda poner), usted puede rotar y cambiar su orientación, sin violar la conservación del momento angular por cíclicamente el cambio de su forma; este es el mismo método que un gato utiliza para voltear a medida que cae. Véase mi respuesta a la pregunta "¿hay una forma para que un astronauta para girar?" y también mi artículo "De los Gatos y Sus Más Maravilloso Reflejo de Enderezamiento"
La relatividad General no describe los rockets (bueno, casi, ver mi advertencia a continuación) en la forma en que usted podría pensar. La relatividad General describe la forma local en picada de los marcos y de los llamados Mentira arrastrando por el sistema de geodesics definido por las soluciones a las Ecuaciones de Campo de Einstein. En menos jerga: la Relatividad General dice qué tipos de movimientos que están en consonancia con las de Newton primera ley; se dice que los movimientos en el espacio-tiempo que algo "aislado" (no experimenta una fuerza) se llevarán a cabo: cualquier cosa diferente a esto requiere una fuerza para acelerar algo relativo a estos picada marcos. La química se describe la quema de combustible y la tercera ley de Newton la producción de la fuerza de lanzamiento de este combustible para permitir que su cohete para desviarse de la picada de movimiento dada por la Relatividad General.
Para ser precisos, como el cohete lanza su combustible, la masa-distribución de la energía y el impulso de los flujos (distribuciones de presión) de que el sistema está cambiando, y esta estrictamente hablando, debería ser tenido en cuenta en las ecuaciones de Campo de Einstein (esto podría alterar el "origen" del término, el llamado estrés-tensor de energía). Por lo tanto el cohete de la acción, a un increíblemente pequeño grado, alterar el espacio-tiempo a su alrededor. Pero este es un pequeño tecnicismo. El show es simplemente que la energía química le permite tirar de combustible y producir una fuerza para dejar que se desvía de un local en picada (inercial) marco.
Sean
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2187
Estoy un poco confundido por qué preguntan acerca de la GR en el final de su pregunta. Si tu pregunta es simplemente cómo un cohete es capaz de acelerar en el espacio sin tener nada para "empujar" off, a continuación, puede hacer frente a su pregunta bastante bien con la mecánica clásica.
La Tercera Ley de Newton tiene sus limitaciones, a veces, pero para esta pregunta va a funcionar bien. La Tercera Ley de Newton establece que para cualquier fuerza ejercida por el objeto $A$ sobre el objeto $B$, entonces el objeto $B$ ejerce una fuerza sobre el objeto $A$ de igual magnitud, pero en dirección opuesta. En este ejemplo, el cohete acelera, por lo que algunas objeto de $A$ debe estar ejerciendo una fuerza hacia adelante en el cohete. A su vez, el cohete debe ejercer una fuerza de reacción sobre este misterio de objetos $A$.
Resulta que el objeto $A$ es el escape de gases del cohete. Como el escape de gases de la tobera del cohete, que interactúan con el cohete en sí. Los gases ejercen una fuerza hacia adelante en el cohete, y el cohete empuja hacia atrás en los gases debido a la Tercera Ley de Newton. Aunque parezca extraño, esto es todo lo que necesita para acelerar su cohete. El cohete no necesita tierra, o una atmósfera, o de otro vehículo de espacio para "empujar"; la interacción entre los gases y el cohete que se producen dentro del cohete es suficiente para acelerar el cohete.
Si no me creen, sentarse en una silla o una moto en una superficie de baja fricción, en reposo. Mantenga un objeto pesado, como una bola de bolos o de la bola de medicina en su regazo. Tan duro como usted puede, tirar la pelota lejos de usted. Si el coeficiente de fricción entre la silla y el suelo es lo suficientemente baja, usted experimentará una aceleración en una dirección opuesta a la de la pelota. Debido a la Tercera Ley de Newton, la pelota ejerce una fuerza de nuevo en usted, y si la fricción es lo suficientemente baja, hay una fuerza neta en la dirección que produce una aceleración.
Como un bono, por favor nota en estos dos ejemplos de que el momento se conserva. así que no hay razón para el pánico allí.
Gabriel Canongia
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56
Si no estoy equivocado, es básicamente el mismo principio en el que un astronauta podría lanzar algo en el espacio vacío y, así, se mueven en la dirección opuesta.
No empujando en contra de algo pero tirando de energía y potencia por la quema de combustible de acuerdo a la ley de la inercia... podría estar equivocado, así que me gustaría que alguien más sabio que lo compruebe, por favor :)
Keener
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66
Un modelo que he encontrado como un niño, cuando la Carrera Espacial estaba en pleno apogeo, es todavía la explicación más simple que he encontrado:
Pensar acerca de un globo inflado con el cuello cerrado. No ir a ninguna parte, porque la presión en todas las direcciones es igual. (Que es lo que lo mantiene inflado, también.)
Ahora abra el cuello. Lo que hace que el globo vuelan alrededor no es en realidad el escape de aire a través del cuello-es el hecho de que ya no hay presión hacia atrás contra el globo en ese punto, de modo que la presión en el lado opuesto está desequilibrado y no hay una fuerza neta que empujar el balón hacia adelante.
Un motor de cohete es, esencialmente, un rígido globo con un cuello abierto, que continuamente re-infla sí mismo. Alta presión en el interior, una boquilla diseñada para escape tan rápido como sea posible, minimizando la presión en la dirección de retroceso, el desequilibrio de presión en adelante... "Zoom!"
(Sí, sé que esto es una simplificación excesiva. Pero es una explicación que es tan sencillo que un alumno de tercer grado, que estaba en el momento, podía mirar y decir "por supuesto, eso es obvio!" Por desgracia, mi profesor en el tiempo no se llevan bien a tener su mal explicación corregido por un alumno de tercer grado, pero eso es otra historia.)
Adición tardía: Esta es también la razón por Proyecto Orión, lo último de baja tecnología nuclear motor de cohete-hubiera trabajado. Construir un enorme escudo, el monte de su arte con los amortiguadores, y establece una bomba atómica en el lado lejano. La parte de la bomba de la onda de choque que golpea a la placa de la unidad de la nave hacia adelante. El hecho de que el resto de la onda de choque es completamente sin control es un desperdicio, pero no dejar de trabajar. Usted podría hacer lo mismo con los más pequeños explosivos, pero, a continuación, la ineficiencia se convierte en un problema grave, que es por qué un motor de cohete tiene una cámara de reacción y la boquilla, para capturar mucho más de esa energía y el uso como la fuerza de empuje.
(El cálculo de cuán ineficiente de Orión habría sido, cuánto empuje se hubiera producido de todos modos, y cómo construir un escudo y amortiguadores que podría manejar esto, se deja como ejercicio para el lector. O usted puede buscar el informe del equipo de trabajo que examinó por primera vez. No es broma.)
TZDZ
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373
No necesita llamar a la teoría general de la relatividad. Se puede entender que el uso de sólo clásica mecanics leyes.
Si usted está en un monopatín, y lanzar una misa en frente de usted, usted se moverá hacia atrás. Mientras la masa no se pegue con el suelo, el centro de masa de {+la masa} es el mismo, sin embargo se hizo mover.
El motor de cohete expulsa gas de combustión. El movimiento se basa en la misma propiedad. Usted realmente no debe imaginar que es la resistencia de la atmósfera exterior de "resistencia" a la expulsa gaz que crea la fuerza en movimiento.
