Czy i jak rozgrzeje się rakieta miedzygwiezdna

[szuu]

niektórzy trochę tu wyolbrzymiają to ciekawe zagadnienie technologiczne.

od lat poruszam się z dużą prędkością w przestrzeni o wiele bardziej usianej przeszkodami niż przestrzeń międzygwiazdowa i nie ma z tym większych problemów - atmosfera, choć nie przesadnie gruba, doskonale spełnia swoje zadanie! 

[Krzysztof z Bagien]

4 godziny temu, szuu napisał:

od lat poruszam się z dużą prędkością w przestrzeni o wiele bardziej usianej przeszkodami niż przestrzeń międzygwiazdowa i nie ma z tym większych problemów

Chyba jednak do jakichś znaczących ułamków prędkości światła to trochę Ci brakuje

[Gość wessel]

Koledzy Lema nie czytali.... już on opisywał co się dzieje ze statkiem kosmicznym poruszającym się z prędkością podświetlną.

[Krzysztof z Bagien]

Czytali czytali.

Zresztą napędem Eurydyki (o ile dobrze pamiętam nazwę) we "Fiasku" jest właśnie ramjet Bussarda.

[szuu]

skoro opieramy się na Lemie to może lepiej nigdzie nie lećmy bo wynikną z tego tylko same nieszczęścia 

[dobrychemik]

W dniu 29.01.2021 o 01:42, Behlur_Olderys napisał:

Tunelowanie to bym zostawił w spokoju. Jaką długość fali ma cząstka o gigantycznym pędzie?

 

 

Odpuściłem tunelowanie, ale może niesłusznie? Tak sobie kombinuję...

 

Zasada nieoznaczoności Heisenberga, o ile wiadomo, jest słuszna zawsze. Im szybciej lecimy, tym zbliżający się do nas atom zgodnie z kontrakcją odległości staje się coraz cieńszy. To oznacza, że czas trwania jego ewentualnego oddziaływania z pierwszym atomem naszej rakiety będzie malał ze wzrostem szybkości ruchu. Zmniejszając nieoznaczoność czasu zderzenia, zwiększamy niepewność miejsca. Może się okazać że to miejsce wypadnie już po drugiej stronie naszego statku

 

Można na to też spojrzeć od innej strony. Atomy są bardzo puste. Stosunek wielkości jądra do całego atomu przypomina mniej więcej Słońce i Układ słoneczny. Zderzające się atomy tak naprawdę się nie "dotykają". To nie jest ze zderzającymi się stalowymi kulkami. Oddziałują na odległość głównie dzięki ladunkom elektrycznym. Może przy olbrzymich prędkościach, przez to, że mają mniej czasu na wzajemne oddziaływania, efekty ich oddziaływania słabną? Tu już gdybam, przydałby się dobryfizyk. Przez analogię: zakładam, że nasz Układ Słoneczny zostałby bardziej zdemolowany przez gwiazdę przelatującą przezeń z prędkością 10 km/s niż przez inną o prędkości 10000 km/s (mowa o samym przeleceniu, bez walnięcia w coś).

 

[Krzysztof z Bagien]

Godzinę temu, szuu napisał:

skoro opieramy się na Lemie to może lepiej nigdzie nie lećmy bo wynikną z tego tylko same nieszczęścia 

Nieszczęścia - to są, jak się na siłę próbuje całą planetę uszczęśliwić, np. sprytnymi maszynkami do spełniania życzeń albo altruizyną  Z samego latania po kosmosie jakiś tam pożytek jednak był.

[diver]

W dniu 28.01.2021 o 23:46, Behlur_Olderys napisał:

Średnia gęstość ośrodka międzygwiezdnego to ok. 1 atom wodoru na 1cm3.

 

Powiedzmy, że faktycznie taka jest gęstość ośrodka międzygwiezdnego.

 

W dniu 28.01.2021 o 23:46, Behlur_Olderys napisał:

Jeśli nasza rakieta ma przekrój o powierzchni 10m, to w ciągu podróży na Proximę zderzy się mniej więcej z 1g wodoru.

 

Nie będę sprawdzał wyniku Twojego obliczenia, przyjmuję że się nie pomyliłeś.

 

W dniu 28.01.2021 o 23:46, Behlur_Olderys napisał:

Zderzenie z 1g wodoru o prędkości praktycznie c

 

Skąd wziąłeś taką prędkość atomów wodoru? To prędkość przemieszczania się cząstek materii w kosmosie, czy może prędkość rakiety lecącej na Proximę?

 

W dniu 28.01.2021 o 23:46, Behlur_Olderys napisał:

Zderzenie z 1g wodoru o prędkości praktycznie c to łatwo policzyć - praktycznie E = mc^2 = 100 TJ energii.

 

Na podstawie jakiego założenia przyjmujesz, że w wyniku zderzenia rakiety z atomem wodoru cała masa atomu wodoru zostanie zamieniona na energię? Uważasz, że w wyniku takiego zderzenia masa atomu zostanie całkowicie unicestwiona?

 

[Behlur_Olderys]

2 godziny temu, diver napisał:

Skąd wziąłeś taką prędkość atomów wodoru? To prędkość przemieszczania się cząstek materii w kosmosie, czy może prędkość rakiety lecącej na Proximę?

 

Tak, rozważamy rakietę lecącą z prędkością prawie c.

Ten temat został wydzielony z innego wątku i chyba brakuje danych.

Jak to pisałem to zakładałem że rakieta leci praktycznie z prędkością światła. Mowa była o podróży na Proximę Centauri w przeciągu 400ns.

Ale możemy przyjąć bardziej realistyczne założenia.

 

2 godziny temu, diver napisał:

Na podstawie jakiego założenia przyjmujesz, że w wyniku zderzenia rakiety z atomem wodoru cała masa atomu wodoru zostanie zamieniona na energię? Uważasz, że w wyniku takiego zderzenia masa atomu zostanie całkowicie unicestwiona?

 

Masa nie, tylko energia kinetyczna. 

Zakładałem wtedy, że energia kinetyczna cząstki poruszającej się niemal z prędkością światła jest znacznie większa od jej masy spoczynkowej.

Oczywiście popełniłem spore niedoszacowanie bo nie skorzystałem z właściwego wzoru.

Teraz już sprawdziłem:

 

E = m*(gamma - 1)*c^2.

 

A więc tamto wyliczenie było prawdziwe dla gammy = 2, a więc prędkości ok. 87% prędkości światła.

Ale z taką prędkością na Proximę leciałoby się 2 lata (wg zegara pokładowego).

Tymczasem podróż na Proximę Centauri trwająca dla pasażerów 400ns wymaga gammy rzędu 10^14.

W takim wypadku energia grama wodoru wychodzi rzędu 10^26J. To są jakieś miliardy megaton TNT. 

 

W tym wypadku nie jest tak naprawdę ważne jaka dokładnie część energii kinetycznej wodoru będzie zamieniona na ciepło

[Gość wessel]

To ja jednak zostanę przy Lemie - przynajmniej rozumiem co facet do mnie pisze

[dobrychemik]

5 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

 

Tak, rozważamy rakietę lecącą z prędkością prawie c.

Ten temat został wydzielony z innego wątku i chyba brakuje danych.

Jak to pisałem to zakładałem że rakieta leci praktycznie z prędkością światła. Mowa była o podróży na Proximę Centauri w przeciągu 400ns.

Ale możemy przyjąć bardziej realistyczne założenia.

 

 

Masa nie, tylko energia kinetyczna. 

Zakładałem wtedy, że energia kinetyczna cząstki poruszającej się niemal z prędkością światła jest znacznie większa od jej masy spoczynkowej.

Oczywiście popełniłem spore niedoszacowanie bo nie skorzystałem z właściwego wzoru.

Teraz już sprawdziłem:

 

E = m*(gamma - 1)*c^2.

 

A więc tamto wyliczenie było prawdziwe dla gammy = 2, a więc prędkości ok. 87% prędkości światła.

Ale z taką prędkością na Proximę leciałoby się 2 lata (wg zegara pokładowego).

Tymczasem podróż na Proximę Centauri trwająca dla pasażerów 400ns wymaga gammy rzędu 10^14.

W takim wypadku energia grama wodoru wychodzi rzędu 10^26J. To są jakieś miliardy megaton TNT. 

 

W tym wypadku nie jest tak naprawdę ważne jaka dokładnie część energii kinetycznej wodoru będzie zamieniona na ciepło

 

To teraz policz jeszcze jaką energią trzeba dysponować, aby rozpędzić powiedzmy 1000 ton do takiej prędkości. Jaką masę spoczynkową miałoby paliwo, które dałoby taką energię przy anihilacji? No to teraz skoryguj masę statku o tą masę paliwa. I tak dalej...

[Behlur_Olderys]

7 minut temu, dobrychemik napisał:

 Jaką masę spoczynkową miałoby paliwo, które dałoby taką energię przy anihilacji? No to teraz skoryguj masę statku o tą masę paliwa. I tak dalej...

 

Zakładasz napęd rakietowy? Czemu nie ciągnięcie przez konie?

O napędzie możemy pogadać w innym miejscu. Nie jestem pewien, jakie wartości prędkości są możliwe w tym momencie do rozważań, ale wiadomo, że przykład z podróżą na Proximę w 400ns jest lekko przesadzony 

 

 

Skupmy się na zderzeniach z materią miedzygwiezdną.

 

Wydaje mi się, że można by podać prosty wzór na moc przypadającą na metr kwadratowy pojazdu w zależności od prędkości. Wtedy możnaby zdecydować, jakie wartości są dostępne dla dzisiejszej technologii.

 

[ekolog]

Uważam, że wspomniane 87% prędkości światła jest rewelacyjnie dobrą prędkością  do analizy problemu przegrzewania się statku kosmicznego.

 

Taka prędkość pozwalałaby już z sensem lecieć na typowej odległości między możliwymi do kolonizacji  żółtymi, pomarańczowymi i czerwonymi karłami

rzędu 5 lat świetlnych.  W promieniu 25 lat takich gwiazd jest już naprawdę sporo. Dolatuje, w sile wieku, pokolenie, które wyleciało z Ziemi.

Dodając jeszcze ich dzieci mamy zasięg 50 l.ś.

 

Teoria much Dobregochemika też ma wady. Jak cała tarcza odleci w postaci much to zostanie goły, cienki kadłub mieszkania załogi.

EDIT:

Tak, wiem, że to mikro-muchy (jeszcze wypada udowodnić, że to zadziała tak jak oczekujesz)

Siema

Edytowane 31 Stycznia 2021 przez ekolog

[dobrychemik]

35 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

 

Zakładasz napęd rakietowy? Czemu nie ciągnięcie przez konie?

 

No przecież pisałem o anihilacji, a nie napędzie rakietowym. Przy anihilacji zakładamy, że 100% masy przemieniamy w użyteczną energię - lepiej się już nie da.

Edytowane 31 Stycznia 2021 przez dobrychemik

[dobrychemik]

4 minuty temu, ekolog napisał:

Teoria much Dobregochemika też ma wady. Jak cała tarcza odleci w postaci much to zostanie goły, cienki kadłub mieszkania załogi.

 

 

Ale muchy tworzą wiele warstw, wystarczy ich na odpowiednio długą podróż. Gdy wiemy dokąd lecimy łatwo przewidzieć ile ich będzie potrzebnych.

 

P.S. Na wszelki wypadek wyłożę kawę na ławę: te muchy są makroskopową alegorią mikroskopowych atomów 

[Behlur_Olderys]

12 minut temu, dobrychemik napisał:

 

No przecież pisałem o anihilacji, a nie napędzie rakietowym. Przy anihilacji zakładamy, że 100% masy przemieniamy w użyteczną energię - lepiej się już nie da.

 

No dobra, ale co z tą energią? Może się zagalopowałem w domysłach, ale miałem wrażenie że masz na myśli trzymanie tej antymaterii na statku, a wytworzoną energię wyrzucać z tyłu na zasadzie odrzutu. Jak w klasycznej rakiecie, pomyśle Chińczyków sprzed kilkuset lat...

 

Przecież możliwości jest nieskończoność. Właśnie w tym momencie pomyślałem o czymś w rodzaju cyklotronu wielkości układu planetarnego. Wtedy w ogóle nie trzeba paliwa w środku pojazdu.

 

A co do pomysłu z muchami itp. 

To jest rzeczywiście fajny pomysł, jeśli nie chcemy lecieć zbyt szybko. 2 lata dla załogi, 4 lata na Ziemi dla statku o prędkości 87%c. 

Jak już to wcześniej policzyłem, mówimy o zderzeniu z ilością wodoru rzędu 1g o prędkości 87%c. Są to zatem energie rzędu 1 GeV. Jakiś czas pracowałem nad symulacjami zderzeń różnych lekkich jąder, przy akceleratorze. Znając energię pocisku i masy uczestników reakcji można policzyć możliwe kąty rozpraszania. W wolnej chwili mogę policzyć dla kilku wartości, jednak zgaduję już teraz, że dla niezbyt dużych wartości energii pocisku dochodzimy do momentu, że nawet sprężyste zderzenie z katem rozpraszania 180st w układzie środka masy da i tak ruch obu jąder w stronę "do środka statku". Dla konkretnych materiałów można też policzyć, jaki są "dostępne" reakcje jądrowe przy tej energii. 1 GeV to już na tyle sporo, że mogą się zdarzyć różne ciekawe rzeczy. Całe szczęście, 1g protonów rozłożone na 2 lata podróży to tylko 150 kW na metr kwadratowy. Czyli całkiem spoko...

[ZbyT]

11 godzin temu, dobrychemik napisał:

Można na to też spojrzeć od innej strony. Atomy są bardzo puste. Stosunek wielkości jądra do całego atomu przypomina mniej więcej Słońce i Układ słoneczny. Zderzające się atomy tak naprawdę się nie "dotykają". To nie jest ze zderzającymi się stalowymi kulkami. Oddziałują na odległość głównie dzięki ladunkom elektrycznym. Może przy olbrzymich prędkościach, przez to, że mają mniej czasu na wzajemne oddziaływania, efekty ich oddziaływania słabną?

 

nie słabną, a w każdym razie niekoniecznie

cząstki na ogół nie oddziałują kontaktowo (choć są i takie) więc ich oddziaływania nie zależą od ich rozmiarów. Z tego powodu definiuje się się wielkość przekroju czynnego na oddziaływanie, a ten różnie się zachowuje w funkcji energii zderzenia. Może maleć, rosnąć, a nawet mogą pojawić się rezonanse

 

wielkość energii zderzeń zależy od prędkości statku więc może być niemal dowolna ale trzeba pamiętać, że tylko niewielka część tej energii może zamienić się w inne cząstki lub ciepło. Tylko w układzie CM (środka masy) cała energia zderzenia może zostać wykorzystana. W układzie z nieruchomą tarczą będzie to tylko pierwiastek z energii zderzenia ale to i tak mogą być bardzo duże energie więc najlepiej tych zderzeń unikać. Reakcje leptonowe będą w miarę bezpieczne ale hadronowe mogą narobić sporych zniszczeń w powłokach statku

 

atomy wodoru są bozonami. Gdy mają spin 1 to będą oddziaływały z polem magnetycznym więc w takim polu można je odchylić. Gorzej gdy mają spin 0, bo wtedy z polem magnetycznym nie oddziałują. Trzeba je więc zjonizować i wtedy usunąć z toru lotu odpowiednio ukształtowanym polem elektrycznym lub magnetycznym. Jeśli prędkość statku będzie bardzo bliska prędkości światła to może być z tym problem

 

pozdrawiam

[ZbyT]

1 godzinę temu, dobrychemik napisał:

 

No przecież pisałem o anihilacji, a nie napędzie rakietowym. Przy anihilacji zakładamy, że 100% masy przemieniamy w użyteczną energię - lepiej się już nie da.

 

nie da się użyć 100% masy do napędu

nawet osiągnięcie 50% będzie problematyczne i to przy założeniu, że anihilacja zajdzie w procesie dwufotonowym, a ten stanowi tylko 25% wszystkich przypadków. Pozostałe to procesy z trzema fotonami

 

nie zmienia to faktu, że to chyba najbardziej wydajny sposób napędu ... pod warunkiem pominięcia źródła antymaterii

 

pozdrawiam

[Krzysztof z Bagien]

6 godzin temu, dobrychemik napisał:

To teraz policz jeszcze jaką energią trzeba dysponować, aby rozpędzić powiedzmy 1000 ton do takiej prędkości. Jaką masę spoczynkową miałoby paliwo, które dałoby taką energię przy anihilacji? No to teraz skoryguj masę statku o tą masę paliwa. I tak dalej...

Wydajność napędu odrzutowego zależy od prędkości gazów wylotowych (czy tam czegokolwiek innego, co wyrzucamy do tyłu, żeby lecieć do przodu) - już tu zresztą niedawno o tym gadaliśmy. Im szybciej chcemy lecieć, tym więcej paliwa musimy zabrać; a im więcej paliwa weźmiemy, tym więcej paliwa musimy zabrać, żeby móc rozpędzić do żądanej prędkości rakietę razem z paliwem; a im więcej paliwa... itd. To już Ciołkowski sto lat temu policzył.
Przy prędkości gazów wylotowych równej 10% c, żeby rozpędzić się do tych wspomnianych wyżej przez Ekologa 87% c, na każdy kilogram masy statku potrzebujemy prawie dokładnie 6 ton paliwa. Ale jak uda się osiągnąć prędkość gazów równą 50% c, to wtedy wystarczy nam już tylko niecałe 5 kilogramów paliwa na każdy kilogram statku.

Edytowane 31 Stycznia 2021 przez Krzysztof z Bagien

[diver]

16 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Tymczasem podróż na Proximę Centauri trwająca dla pasażerów 400ns wymaga gammy rzędu 10^14.

 

Przy założeniu takiego czasu podróży (wg zegara pokładowego) współczynnik dylatacji Lorentza wychodzi mi dokładnie 7,884x10^13. Przy takim gamma rakiecie do prędkości światła brakuje jakiś mikro ułamek procenta, którego mój kalkulator nie chce obliczyć.

 

16 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Masa nie, tylko energia kinetyczna. 

 

Zakładamy zatem, że wyniku zderzenia z rakietą atom zatrzyma się w miejscu i cała jego energia kinetyczna zamieni się w ciepło? Czy naprawdę tak będzie? Ja mam wątpliwości, czy tak będzie to wyglądało. Co naprawdę stanie się podczas kontaktu atomu wodoru z jakąś powłoką ablacyjną rakiety? To zagadnienie dla speców od fizyki molekularnej.

 

16 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

W tym wypadku nie jest tak naprawdę ważne jaka dokładnie część energii kinetycznej wodoru będzie zamieniona na ciepło

 

Raczej jest to ważne, ale większy paradoks wynika z tempa zmiany energii na ciepło.

Ilość atomów które napotka rakieta nie zależy od układu odniesienia. Problem polega na tym, że z punktu widzenia pasażera rakiety, zderzy się ona z wyliczona przez Ciebie ilością atomów w ciągu 400ns podróży. Natomiast z punktu widzenia obserwatora ziemskiego rakieta będzie przyjmować "na klatę" tę samą liczbę atomów przez cztery lata. Ilość wyzwolonej energii nie zmieni się, ale w pierwszym przypadku powierzchnia rakiety będzie rozgrzewać się przez 400 ns, w drugim przez cztery lata. Jak wybrnąłbyś Bartek z tego paradoksu?

 

Edytowane 31 Stycznia 2021 przez diver

[Behlur_Olderys]

3 godziny temu, diver napisał:

większy paradoks wynika z tempa zmiany energii na ciepło.

Ilość atomów które napotka rakieta nie zależy od układu odniesienia. Problem polega na tym, że z punktu widzenia pasażera rakiety, zderzy się ona z wyliczona przez Ciebie ilością atomów w ciągu 400ns podróży. Natomiast z punktu widzenia obserwatora ziemskiego rakieta będzie przyjmować "na klatę" tę samą liczbę atomów przez cztery lata. Ilość wyzwolonej energii nie zmieni się, ale w pierwszym przypadku powierzchnia rakiety będzie rozgrzewać się przez 400 ns, w drugim przez cztery lata. Jak wybrnąłbyś Bartek z tego paradoksu?

 

A jakiż to paradoks? Skoro moc = energia / czas, a czas podlega dylatacji, to i moc jej podlega.

 

Załóżmy na chwilę wygodne, arbitralne wartości liczbowe i kilka uproszczeń, żeby to zilustrować.

 

Tarczę przeciwradiacyjną statku, ulokowaną w przedniej jego części statku, została zaprojektowana jako cylinder z fikcyjnego materiału X który na Ziemi, w normalnych warunkach ma ciepło właściwe 10kJ/(kg*K). Tarcza waży 10 ton.

 

Patrząc z pokładu statku:

Żeby ogrzać tarczę o 1K trzeba dostarczyć jej: 1K * 10 000kg * 10kJ/(kg*K) = 10MJ ciepła.

Tak się składa, że wg pasażerów lot trwa 1000s. W czasie tego lotu, co 1ns  trafiamy na 1 atom wodoru który ma energię - załóżmy - 0.01J. Zostawia on całą swoją energię w tarczy. W ciągu 1s zatem tarcza dostaje zastrzyk miliarda atomów deponujących 10 MJ energii. Na statku zamontowano również układ chłodzenia tarczy o wydajności 8MW. Na 1s odbiera więc on 8MJ ciepła z tarczy. A zatem co sekundę tarcza zwiększa swoje ciepło o 2MJ, co powoduje wzrost temperatury o 0.2K na sekundę. W momencie startu tarcza miała temperaturę 0C, więc pod koniec podróży będzie miała temperaturę 200C. Lepiej nie dotykać, ale raczej się nie stopi.

 

 

Patrząc z Ziemi: (gamma wynosi 1000)

Parametry mikroskopowe materiałów są niezmiennicze względem zmiany układu odniesienia. Zatem i wg Ziemian tarcza potrzebuje, żeby dostarczyć jej 10MJ ciepła, aby ogrzać ją o 1K. Ale wg Ziemian w tarczę na sekundę trafia tylko milion atomów, które deponują 10kJ energii na sekundę. Układ chłodzenia tarczy wg Ziemian ma sprawność 8kW, więc co sekundę tarcza dostaje plus 2kJ energii cieplnej, która akumulując się przez około 12 dni (1 000 000s) powoduje ogrzanie jej o 200st C.

 

Temperatury się zgadzają! Moce, częstotliwości, czasy i długości - nie.

 

 

 

 

[diver]

1 godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

A jakiż to paradoks? Skoro moc = energia / czas, a czas podlega dylatacji, to i moc jej podlega.

 

Słusznie i naukowo. Z perspektywy rakiety moc ataku atomów będzie więc 1000x większa niż moc z perspektywy Ziemi.

 

1 godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

Parametry mikroskopowe materiałów są niezmiennicze względem zmiany układu odniesienia.

 

Skąd wiesz? Ale załóżmy, że faktycznie tak jest. Dla obliczeń coś musimy założyć.

 

Zupełnie niepotrzebnie skomplikowałeś wyjaśnienie, wprowadzając "klimatyzator" jednocześnie rozważając jego wydajność (moc). Dla prostoty dalszych rozważań załóżmy więc, że rakieta nie ma żadnego autonomicznego układu chłodzenia, a jedynym "czynnikiem chłodzącym" jest otaczająca rakietę przestrzeń kosmiczna o temperaturze powiedzmy 4K. Co wtedy będzie się działo?

 

 

[Behlur_Olderys]

6 minut temu, diver napisał:

Dla prostoty dalszych rozważań załóżmy więc, że rakieta nie ma żadnego autonomicznego układu chłodzenia, a jedynym "czynnikiem chłodzącym" jest otaczająca rakietę przestrzeń kosmiczna o temperaturze powiedzmy 4K. Co wtedy będzie się działo?

 

 

 

No to wyrzuć wentylator z poprzednich rozważań. 

 

Na rakiecie będziesz dostawał 10MJ / s przez 1000s

 

Na Ziemi zmierzysz 10kJ /s przez 1000000s.

 

Tu i tu temperatura zwiększa się w czasie podróży o 1000K.

 

Nie ma paradoksu. Nie wiem, do czego zmierzasz?

 

Z Ziemi po prostu ten proces będzie spowolniony i tyle. Paradoks wymaga jakiejś sprzeczności...

[diver]

20 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Nie ma paradoksu. Nie wiem, do czego zmierzasz?

 

Zmierzam do tego że powierzchnia rakiety będzie się ogrzewać, ale jednocześnie oddawać swoją energię do otoczenia tak, żeby w myśl idei entropii temperatury sąsiadujących ze sobą ośrodków się wyrównywały. W obydwu przypadkach relatywistycznych temperatura otoczenia jest taka sama: 4K.

Jednak w pierwszym przypadku rakieta rozgrzeje się o oczekiwane (!) 1000K w ciągu kilkunastu minut, w drugim w ciągu ok. 12 dni. Ile energii rakieta odda w tm czasie do dużo chłodniejszego otoczenia w jednym i drugim czasie? Czy rzeczywiście w obydwu przypadkach temperatura końcowa będzie o 1000K wyższa od początkowej. I czy na pewno będzie jednakowa?

 

Mówiąc bardziej "przyziemnie". Gdy postawisz garnek z wodą na zbyt małym gazie, woda nie zagotuje się nigdy mimo tego, że zużyjesz w sumie więcej energii na jej podgrzewanie. Gdy postawisz garnek na bardzo silnym płomieniu, woda zagotuje się bardzo szybko mimo tego, że dostarczysz jej w sumie mniej energii niż w pierwszym przypadku.

 

Tytuł Twojego wątku brzmi "Czy i jak rozgrzeje się rakieta międzygwiazdowa". Zmierzam do wygenerowania sensownej odpowiedzi na tak postawione pytanie. Z Twoją wydatną pomocą oczywiście, bo widzę że z fizyką masz raczej stały kontakt.

 

Edytowane 1 Lutego 2021 przez diver

[Behlur_Olderys]

45 minut temu, diver napisał:

 

Zmierzam do tego że powierzchnia rakiety będzie się ogrzewać, ale jednocześnie oddawać swoją energię do otoczenia tak, żeby w myśl idei entropii temperatury sąsiadujących ze sobą ośrodków się wyrównywały. W obydwu przypadkach relatywistycznych temperatura otoczenia jest taka sama: 4K.

Jednak w pierwszym przypadku rakieta rozgrzeje się o oczekiwane (!) 1000K w ciągu kilkunastu minut, w drugim w ciągu ok. 12 dni. Ile energii rakieta odda w tm czasie do dużo chłodniejszego otoczenia w jednym i drugim czasie? Czy rzeczywiście w obydwu przypadkach temperatura końcowa będzie o 1000K wyższa od początkowej. I czy na pewno będzie jednakowa?

 

Mówiąc bardziej "przyziemnie". Gdy postawisz garnek z wodą na zbyt małym gazie, woda nie zagotuje się nigdy mimo tego, że zużyjesz w sumie więcej energii na jej podgrzewanie. Gdy postawisz garnek na bardzo silnym płomieniu, woda zagotuje się bardzo szybko mimo tego, że dostarczysz jej w sumie mniej energii niż w pierwszym przypadku.

 

Tytuł Twojego wątku brzmi "Czy i jak rozgrzeje się rakieta międzygwiazdowa". Zmierzam do wygenerowania sensownej odpowiedzi na tak postawione pytanie. Z Twoją wydatną pomocą oczywiście, bo widzę że z fizyką masz raczej stały kontakt.

 

 

Trzeba wziąć pod uwagę przynajmniej dwie rzeczy:

1. Jeśli chodzi o bezpośrednią wymianę ciepła, przez kontakt, to pamiętaj, że stojąc na mrozie marzniesz, ale lecąc przez mroźne powietrze z prędkością prawie c to się raczej ogrzewasz  Więc zderzenie z otoczeniem o temperaturze 4K wbrew pozorom nie ochładza Cię, tylko ociepla. 

 

2. Innym mechanizmem jest utrata ciepła przez promieniowanie cieplne. Siedząc w rakiecie widzisz, że tarcza o temperaturze 1000K emituje w ciągu 1000s, ja wiem, 10^40 fotonów w paśmie 2um. 

Stojąc na Ziemi widzisz, że rakieta w 1000 000s wyemitowała 10^40 fotonów w paśmie 2mm. Moc nie jest niezmiennicza. Zmniejszyła się częstotliwość emisji (10^37 fotonów na sekundę patrząc ze statku kontra 10^34 fotonów na sekundę na Ziemi). A jednocześnie przesunęły się ku czerwieni same wyemitowane fotony z pasma 2um (rakieta) do pasma 2mm (Ziemia). A zatem przez promieniowanie cieplne moc strat jest mniejsza niejako do kwadratu. Wydaje mi się, że efekt jest taki, że ostateczna temperatura jest identyczna