Будет ли у лазерного оружия значительная отдача?

На днях я бродил по Reddit, когда наткнулся на дискуссию о том, что лазерные пушки в Warhammer 40,000 имеют заметную отдачу, достаточную для того, чтобы лазерная снайперская винтовка была описана как имеющая достаточно сильный удар, чтобы оставить синяк на плече. Теперь я знаю, что 40k играет быстро и свободно с законами физики даже по сравнению с большинством научно-фантастических сериалов, но даже мне это показалось скептически. Насколько я понял, у лазерного оружия не будет отдачи, поскольку фотоны не имеют заметной массы, а только импульс, или сила, которую они приложат к стреляющему, будет абсолютно ничтожной. Я также мало слышал о реальных лазерах, когда-либо имеющих значительную отдачу.

Что еще более удивительно, так это то, что никто в реальных тредах, похоже, не смог выяснить, будет ли лазерное оружие иметь заметную отдачу. Как в обсуждении, так и в другом связанном сообщении в блоге люди предлагают всевозможные объяснения, говоря: «да, у него будет отдача», «нет, у него не будет отдачи» или «да, но отдача будет небольшой», и трудно сказать, какие соответствуют физике реальной жизни. Ссылки размещены ниже, если кому-то интересны фактические объяснения.

https://www.reddit.com/r/40kLore/comments/kc3ddl/why_do_lasguns_have_recoil/ http://thevirtuosi.blogspot.com/2010/04/today-id-like-to-approach-question-near.html? м=1

Итак, мой вопрос: будет ли лазерное оружие иметь значительную отдачу или нет ? И под этим я подразумеваю настоящее лазерное оружие, а не пушку с частицами, замаскированную под лазер или ошибочно идентифицированную как бластер из «Звездных войн».

Отдача происходит из-за сохранения импульса. Импульс, сообщаемый снарядам (пулям, ядрам, фотонам, не имеет значения), должен равняться импульсу, сообщаемому пушке. Так что да, у лазерной пушки будет некоторая отдача, которую можно легко рассчитать. Но упоминать об этом не стоит, если только мы не говорим о орудии ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооон. так оооооооооооооооооооооооо бы, что любые проблемы с отдачей были бы совершенно неуместны.
Я позволю кому-то другому изложить подробности в ответе, но если наземный лазерный луч может толкнуть космический корабль ( например, этот Q ), и если мы предположим, что третий закон Ньютона все еще действителен, тогда да, вытолкнуть достаточное количество фотонов вашей винтовки, и она ударит вас по заднице. Если это не так, то либо 3-й закон Ньютона каким-то образом неприменим, либо лазеры нельзя использовать для толкания космических кораблей.
@JBH: Космический корабль можно толкать смехотворно малыми силами. Например, бортовые ионные двигатели спутников Starlink развивают максимальную тягу около 20 миллиньютонов . Этого достаточно, чтобы позволить спутникам подниматься со стояночной орбиты, с которой они доставляются на рабочую орбиту (им требуется около месяца, чтобы накопить дельта-v около 58 м/с), чтобы удерживать станцию ​​на рабочей орбите. , и сходить с орбиты в конце жизни. Даже крошечное ускорение может иметь впечатляющие результаты, если оно сохраняется в течение длительного времени.
Спутники @AlexP ... Поездка с Земли на Марс за год составляет около 5000 м / с. При 20 мН потребуется около 7 лет обращения вокруг Земли, чтобы достичь такой скорости, и я почти уверен, что они не смогут выйти на орбиту Марса с такой небольшой тягой. И это не меняет моей точки зрения. Если вы вообще можете использовать свет для создания тяги , то, если только не применяется 3-й закон, создание отдачи зависит только от масштаба.
@AlexP: Это совершенно неправильно! Лазерное оружие наносит урон не кинетическим ударом снаряда, а нагреванием цели.
@vsz: А где я сказал иначе? Я говорил об отдаче, которую легко вычислить по импульсу фотонов, испускаемых лазером. Я ничего не сказал о воздействии лазера на цель.
К тому времени, когда ваша выходная мощность станет достаточно высокой, чтобы можно было измерить отдачу (гораздо меньше беспокойтесь об этом), вам нужно будет беспокоиться о других вещах. Подобно полному барионному распаду всей материи в луче света.
Итак, мы говорим в основном о фазерах Star Trek (TNG-и далее)? В оригинальном «Звездном пути» были отдельные снаряды, похожие на бластеры из «Звездных войн», но, начиная с TNG, они стали сплошным лучом. И что примечательно, какой-то заметной отдачи у них не было, вот и подумали.
Между прочим, есть лазер мощностью 200 Вт, который, похоже, не имеет заметной отдачи youtube.com/watch?v=IzUoe-9bKa0
@AlexP: Или что-то более практичное для межпланетных путешествий: 3 двигателя на космическом корабле DAWN каждый производил колоссальную тягу в 90 мН — этого достаточно, чтобы разогнать его с 0 до 60 миль в час за четыре дня :-) (Со слов Википедии: en.wikipedia . org/wiki/Dawn_(spacecraft)#Propulsion_system ) Точно так же ускорение, обеспечиваемое солнечным парусом 800x800 м (на орбите Земли), составляет около 5 Н. Уплотните это до 1 см «морды». и у вас есть плотность энергии около 3x10 ^ 10 от солнечной, что дает отдачу 5 Н.
@jamesqf: Как сказал бы сам Сент-Илон , это какое-то смехотворное ускорение!
Вы предполагаете, что 40k Lasgun — это чисто лазерная система, а я никогда не был так в этом уверен.

Ответы (5)

Нет, пока была бы отдача, ее мало быть ощутимой. Например, согласно https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure#Solar_radiation_pressure , радиационное давление Солнца на квадратный метр составляет 10 мкН. Таким образом, лазер, в 100 000 раз превышающий мощность солнца на луче на квадратный метр или в 1 000 000 000 раз превышающий мощность солнца на луче на квадратный сантиметр, будет генерировать только 1 Н силы, что примерно равно силе удержания 1 яблока в руке. .

[РЕДАКТИРОВАТЬ] AlexP дает хорошую дополнительную информацию в комментарии. Энергия Солнца на 1 квадратный метр составляет ~1360 Вт. Подключив их к нашему гипотетическому лучу мощности в 1 000 000 000 раз выше, мы получим 136 МВт. Один мегаватт равен одному мегаджоулю в секунду, а мегаджоуль примерно эквивалентен энергии динамитной шашки. Следовательно, удерживая этот гипотетический луч включенным в течение одной секунды, вы доставляете к цели 136 шашек динамита каждую секунду с пиковой силой отдачи 1 Н. Это намного мощнее, чем была бы вымышленная «лазерная снайперская винтовка».

Миллиард-кратная мощность Солнца на 1 квадратном сантиметре составляет около 136 МВт. (Что полезно знать, чтобы получить представление о требованиях к мощности и эффектах.) В реальной жизни существуют лазеры с импульсной мощностью порядка 1 ПВт (на 7 порядков выше). К счастью, импульсы очень и очень короткие...
Хм... световое давление ничтожно мало, но если это химический лазер, то как насчет продуктов выхлопа реакции, вырабатывающей энергию? Я предполагаю, что они должны быть вентилированы в каком-то направлении, и «в сторону врага», вероятно, безопаснее. (Примите во внимание, что в реальной жизни «безоткатное» противотанковое оружие имеет опасную зону сзади от удара сзади.)
Вы описываете в терминах закона сохранения энергии. Но есть еще закон сохранения импульса. Неплохо бы добавить про импульс. Только из Вики : С технической точки зрения, отдача является результатом сохранения импульса.
Не могли бы вы добавить данные об огнестрельном оружии из (Wiki)[ en.wikipedia.org/wiki/Recoil#Perception_of_recoil] ? Это позволило бы провести прямое сравнение по силе и энергии отдачи.
Лазер рядом со мной теперь имеет пиковую мощность 1 несколько десятков МВт. Как говорит @AlexP, это потому, что импульсы короткие (пс). Каждый импульс несет примерно столько же энергии, сколько песчинка, брошенная с высоты нескольких сантиметров.
Это гипотетическое оружие доставило бы такое взрывное количество энергии в конец ствола, а не в цель. Если предположить наличие атмосферы, то через короткое время лазер превратит воздух перед стволом в непрозрачную плазму, которая поглощает большую часть энергии выстрела. Я бы предположил, что 136 динамитных шашек, взрывающихся на конце вашего пистолета, приведут к некоторой ощутимой отдаче :) плазма может образоваться, но будет иметь более резкую отдачу.
Есть также вторичные эффекты, которые следует учитывать — даже если вы используете импульсный лазер — быстрый нагрев воздуха перед стволом приведет к взрывному расширению воздуха, что либо приведет к некоторой ощутимой отдаче, либо потребуется перенаправить его в безопасное место. аналогично тому, как работают дульные тормоза.
Ваши цифры немного не те. Прямым следствием того, что E = mc^2, является то, что (для света) луч мощностью 300 МВт будет оказывать 1 Н силы.

У лазера не будет достаточно отдачи, чтобы повлиять на вашу цель. В зависимости от потребностей вашей истории могут быть различные вторичные причины отдачи. Возможно, «сообщенное движение» было бы более точным названием.

  • Лазерный проектор имеет внутренние пространства, открытые для воздуха. Когда лазер проходит через воздух, он нагревается, расширяется и пытается выйти через любые доступные отверстия. Любая влага/влажность в воздухе будет выделяться газом и расширяться, по существу создавая струю пара. Если единственным отверстием является «дуло», то туда пойдет горячий + расширенный воздух, создавая силу, направленную назад от луча. Возможно, это сюрприз для главного героя, который только что вылез из реки или ливня и теперь в его оружии вода.

  • У лазера есть какая-то система охлаждения, возможно, на жидкостной основе, что означает насос для циркуляции жидкости через радиатор и обратно в пистолет для ее повторного охлаждения. Возможно, насос имеет вращательный «толчок» при запуске, противоположный направлению его вращения. Плавный пуск двигателя насоса смягчит это.
    Вы также можете иметь инерцию в текущей жидкости или вентиляторах, которые обеспечивают эффект прецессии при попытке повернуть пушку. Не совсем отдача, но это может быть ощутимый эффект.

  • Если вам нужны какие-то странные расходные материалы, например, первичный луч, являющийся перегруженным лучевым проектором в Lensman и нуждающийся в замене, как лампа фотовспышки, то движущийся механизм для извлечения и загрузки нового может иметь отдачу. Это также позволяет вам использовать такие фразы, как «нет патронов», а не «разряженная батарея».

ну... лазеры, будучи пожирателями энергии, вполне могут нуждаться в батареях в качестве боеприпасов
Еще одно: необходимое количество внезапной, сфокусированной энергии может быть создано только в результате небольшого взрыва. Подумайте: реальные ЭМИ-устройства (EPFCG).
Мне также нравится идея, что отдача является преднамеренным выбором пользовательского опыта, потому что потребители не чувствовали, что их оружие было достаточно мощным или не имело достаточной обратной связи при выстреле, поэтому они сохранили опыт метательного оружия, подобно тому, как люди сейчас делают автомобили с поддельные звуки двигателя
@SimonFraser, который сам по себе заслуживает того, чтобы быть ответом. Голоса в комментариях не имеют значения, важны только ответы.

Это лазер со взрывной накачкой , и горячие продукты сгорания выбрасываются в основном в направлении огня после выстрела. Предпринимаются некоторые попытки сбалансировать вентиляцию и ограничить воспринимаемую отдачу за счет использования различных вариантов дульных тормозов, но некоторые все же остаются.

Отдача: ДА. Измеримый? НЕТ

С точки зрения тяги/отдачи, ваше лазерное оружие — это просто фотонная ракета.

Есть очень простое правило для фотонной ракеты: 300 МВт/Н.

Это означает, что фотонное оружие мощностью 300 МВт будет давать отдачу в 1 ньютон (3,6 унции).

И это применимо только во время непрерывной стрельбы.

Насколько силен непрерывный луч мощностью 300 МВт? Промышленный лазерный резак мощностью около 5000 Вт позволяет резать нержавеющую сталь толщиной 1,3 см. Ваша лазерная винтовка уже в 60 000 раз мощнее этой. И для этого у него есть 3,6 унции отдачи.

Следует принять во внимание, что единственная причина, по которой лазерный резак работает, заключается в том, что он НАМНОГО ближе к своей цели, чем противник был бы к вашей винтовке. И если бы бой не был в жестком вакууме, то были бы очень большие потери в атмосфере. Также непрерывный луч мощностью 300 МВт потребует довольно серьезных систем охлаждения, которые вполне могут создавать серьезные силы.

Перемещение этого в ответ, предложенный Кригги

Одна из причин, по которой у лазерного оружия может быть отдача, связана с пользовательским опытом, написанным с большой буквы, потому что это выбор дизайна.

Мы живем в мире, где автомобили тщательно продумывают шум двигателей, пылесосы шумят больше, чем должны быть, потому что люди считают тихие пылесосы менее эффективными, а люди выбирают тактильные пользовательские интерфейсы, дающие реальную обратную связь.

Нетрудно представить, что людям, использующим метательное оружие, кажется неправильным стрелять из чего-то без отдачи и без видимого эффекта. Если будет реализована физическая обратная связь, это заставит людей думать, что она более эффективна, и поэтому продается больше.

Будет ли у лазерного оружия значительная отдача?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v