Un modo possibile per spostare i veicoli spaziali è utilizzare una “vela leggera”, ovvero una pellicola a specchio che riceve un impulso quando la luce la colpisce. La velocità iniziale della nave è v1 = 7,9 km/s (prima velocità spaziale) e la velocità finale v2 = 11,2 km/s (seconda velocità spaziale). Se la luce cade normalmente sulla “vela” e la massa della nave con la “vela” è m = 500 tonnellate, quanti fotoni (particelle di luce) dovrebbero essere riflessi dalla “vela leggera” se la massa del fotone mf = 0,5*10-35 kg ?
Per calcolare il numero di fotoni riflessi, è necessario utilizzare la legge di conservazione della quantità di moto. Cadendo su una “vela leggera”, il flusso luminoso le trasmetterà un impulso pari all'impulso dei fotoni che da essa verranno riflessi. Utilizzando la formula per la quantità di moto della luce: p = E/c, dove E è l'energia del fotone e c è la velocità della luce, puoi calcolare la quantità di moto di un fotone:
pф = E/c = (h*ν)/c, dove h è la costante di Planck, ν è la frequenza della luce.
Per determinare il numero di fotoni riflessi, è necessario calcolare la variazione di quantità di moto che si è verificata quando la luce è stata riflessa dalla “vela”. La variazione della quantità di moto può essere calcolata utilizzando la formula:
Δp = 2pф(cosθ), dove θ è l'angolo tra la direzione del movimento della luce e la normale alla superficie della “vela”.
Pertanto, il numero di fotoni riflessi sarà pari a:
N = Δp/ pф = 2mVsin(θ/2)/hν, dove V = v2 - v1 è la variazione della velocità della nave, e θ = 0 per la luce incidente sulla “vela” lungo la normale.
Sostituendo i valori noti, otteniamo:
N = 2 * (500.000 kg) * (11,2 - 7,9 km/s) / (6,63 * 10^-34 J*s * 3 * 10^8 m/s) ≈ 2,5 * 10^24 fotoni.
Pertanto, affinché la “vela leggera” possa portare la navicella spaziale a una determinata velocità, è necessario riflettere circa 2,5 * 10^24 fotoni.
Uno dei modi più innovativi ed avanzati per viaggiare nello spazio è l'utilizzo di una "vela leggera". Questo particolare prodotto è una pellicola a specchio che riceve un impulso quando la luce la colpisce. La "vela leggera" può diventare un motore affidabile per i veicoli spaziali e consentire loro di raggiungere velocità enormi nello spazio.
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Per risolvere questo problema è necessario utilizzare la legge di conservazione della quantità di moto. Quando la luce cade su una “vela leggera”, il flusso luminoso le trasferisce un impulso pari all'impulso dei fotoni che da essa verranno riflessi. Utilizzando la formula per la quantità di moto della luce: p = E/c, dove E è l'energia del fotone e c è la velocità della luce, puoi calcolare la quantità di moto di un fotone: pf = E/c = (h*ν) /c, dove h è la costante di Planck, ν è la frequenza della luce.
Per determinare il numero di fotoni riflessi, è necessario calcolare la variazione di quantità di moto che si è verificata quando la luce è stata riflessa dalla “vela”. La variazione della quantità di moto può essere calcolata utilizzando la formula: Δp = 2pф(cosθ), dove θ è l'angolo tra la direzione del movimento della luce e la normale alla superficie della “vela”.
Il numero di fotoni riflessi sarà pari a: N = Δp/pф = 2mVsin(θ/2)/hν, dove V = v2 - v1 è la variazione della velocità della nave, e θ = 0 per la luce incidente sulla nave “navigare” lungo la normale.
Sostituendo i valori noti, otteniamo: N = 2 * (500.000 kg) * (11,2 - 7,9 km/s) / (6,63 * 10^-34 J*s * 3 * 10^8 m/s ) ≈ 2,5 * 10 ^24 fotoni.
Pertanto, affinché la “vela leggera” possa portare la navicella spaziale a una determinata velocità, è necessario riflettere circa 2,5 * 10^24 fotoni.
Quindi, uno dei propulsori delle astronavi potrebbe essere una "vela leggera" - una pellicola a specchio che riceve un impulso quando la luce cade su di essa. Perché funzioni è necessario che vengano riflessi circa 2,5*10^24 fotoni. Puoi acquistare questo prodotto dal nostro negozio digitale e utilizzarlo per le tue avventure spaziali.
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Descrizione del prodotto:
Uno dei motori delle astronavi può essere una "vela leggera". Questa è una pellicola a specchio che riceve un impulso quando la luce la colpisce. Per utilizzare una "vela leggera" come motore è necessario che la luce cada su di essa normalmente.
Per calcolare il numero di fotoni necessari per ottenere un impulso è necessario conoscere la velocità iniziale e finale della nave, nonché la massa della nave con la “vela” e la massa del fotone.
In questo caso, la velocità iniziale della nave è v1 = 7,9 km/s, e la velocità finale è v2 = 11,2 km/s. La massa della nave con la “vela” è m = 500 tonnellate, e la massa del fotone è mf = 0,5*10-35 kg.
Per risolvere il problema è necessario utilizzare la legge di conservazione della quantità di moto. Secondo questa legge la somma degli impulsi del sistema prima e dopo l'interazione deve rimanere invariata.
La formula di calcolo per determinare il numero di fotoni necessari per produrre un impulso è la seguente:
N = Δp/Δpф
dove N è il numero di fotoni, Δp è la variazione della quantità di moto della nave con una “vela leggera”, Δpф è la quantità di moto di un fotone.
La variazione di quantità di moto di una nave con una “vela leggera” può essere determinata dalla formula:
Δp = mΔv
dove Δv = v2 - v1 è la variazione di velocità della nave.
La quantità di moto di un fotone è determinata dalla formula:
Δpф = hf/c
dove h è la costante di Planck, f è la frequenza della luce, c è la velocità della luce.
Sostituendo i valori noti, otteniamo:
Δv = 11,2 km/s - 7,9 km/s = 3,3 km/s
Δp = 500 t * 3,3 km/s = 1,65 * 10^13 kg * m/s
Δpф = 6,626 * 10^-34 J * s * 5,45 * 10^14 Hz / 3 * 10^8 m/s = 1,13 * 10^-22 kg * m/s
N = 1,65 * 10^13 kg * m/s / 1,13 * 10^-22 kg * m/s = 1,46 * 10^35 fotoni
Pertanto, per ottenere la quantità di moto richiesta da una nave con una “vela leggera”, è necessario riflettere circa 1,46 * 10^35 fotoni.
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