航天器移动的一种可能的方式是使用“光帆”,这是一种镜膜,当光线照射到它时,它会接收脉冲。船舶的初始速度为 v1 = 7.9 km/s(第一空速),最终速度 v2 = 11.2 km/s(第二空速)。如果光正常落在“帆”上,带有“帆”的船的质量为m=500吨,那么“光帆”上应该反射多少个光子(光粒子),如果光子的质量MF = 0.5*10-35 公斤?
要计算反射光子的数量,需要使用动量守恒定律。当落在“光帆”上时,光通量将向其传输一个脉冲,该脉冲等于从其反射的光子的脉冲。利用光动量公式:p = E/c,其中E是光子的能量,c是光速,您可以计算出一个光子的动量:
pф = E/c = (h*ν)/c,其中 h 是普朗克常数,ν 是光的频率。
要确定反射光子的数量,您需要计算光从“帆”反射时发生的动量变化。动量的变化可以使用以下公式计算:
Δp = 2pф(cosθ),其中θ是光运动方向与“帆”表面法线之间的角度。
因此,反射光子的数量将等于:
N = Δp/ pф = 2mVsin(θ/2)/hν,其中 V = v2 - v1 是船速的变化,θ = 0 表示光线沿法线入射到“帆”上。
代入已知值,我们得到:
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 光子。
因此,为了让“光帆”将航天器带到给定的速度,大约需要反射2.5 * 10^24个光子。
外太空旅行最创新、最先进的方式之一是使用“光帆”。这种特殊的产品是一种镜膜,当光线照射到它时,它会受到脉冲。 “光帆”可以成为航天器的可靠发动机,使它们能够在外太空达到巨大的速度。
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为了解决这个问题,需要利用动量守恒定律。当光落在“光帆”上时,光通量向其传递一个脉冲,该脉冲等于从其反射的光子的脉冲。利用光动量公式:p = E/c,其中E是光子能量,c是光速,可以计算出一个光子的动量:pf = E/c = (h*ν) /c,其中h是普朗克常数,ν是光的频率。
要确定反射光子的数量,您需要计算光从“帆”反射时发生的动量变化。动量的变化可以使用公式计算:Δp = 2pф(cosθ),其中θ是光运动方向与“帆”表面法线之间的角度。
反射光子的数量将等于:N = Δp/pф = 2mVsin(θ/2)/hν,其中 V = v2 - v1 是船速的变化,对于入射到船体上的光,θ = 0沿着常态“航行”。
代入已知值,我们得到: 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 个光子。
因此,为了让“光帆”将航天器带到给定的速度,大约需要反射2.5 * 10^24个光子。
因此,宇宙飞船的推进器之一可能是“光帆”——一种镜面薄膜,当光线照射到其上时,它会收到脉冲。为了使其发挥作用,大约需要反射 2.5 * 10^24 个光子。您可以从我们的数字商店购买该产品并将其用于您的太空冒险。
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产品描述:
宇宙飞船的发动机之一可以是“光帆”。这是一种镜膜,当光线照射在其上时会接收脉冲。要使用“光帆”作为发动机,需要光线正常照射在其上。
为了计算获得脉冲所需的光子数量,需要知道船的初始速度和最终速度,以及带“帆”的船的质量和光子的质量。
在这种情况下,船舶的初始速度为 v1 = 7.9 km/s,最终速度为 v2 = 11.2 km/s。挂着“帆”的船的质量为m=500吨,光子的质量为mf=0.5*10-35公斤。
为了解决这个问题,需要利用动量守恒定律。根据这一定律,相互作用前后系统脉冲之和必须保持不变。
确定产生脉冲所需的光子数的计算公式如下:
N = Δp/Δpф
其中N是光子的数量,Δp是带有“光帆”的船的动量变化,Δpф是一个光子的动量。
带有“轻帆”的船舶的动量变化可以通过以下公式确定:
Δp = mΔv
其中 Δv = v2 - v1 是船速的变化。
一个光子的动量由以下公式确定:
Δpф = hf/c
其中h是普朗克常数,f是光频率,c是光速。
代入已知值,我们得到:
Δv = 11.2 公里/秒 - 7.9 公里/秒 = 3.3 公里/秒
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 光子
因此,为了获得“光帆”船舶所需的动量,需要反射大约1.46 * 10^35个光子。
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