Я знаю, что это большое и запутанное название, если бы кто-то мог его улучшить, я был бы признателен.
Мой вопрос - мысленный эксперимент.
Если кинетическая энергия связана с другими объектами, а полная энергия системы не меняется, что произойдет, если в совершенно пустой вселенной, помимо существования простой ракеты, эта простая ракета запустит свой двигатель?
Что ж, процесс горения превращал бы потенциальную энергию топлива в механическую энергию, отталкивая продукты сгорания в одну сторону, а ракету, согласно третьему закону Ньютона, — в другую. Итак, ракета получила энергию, и предполагалось, что это кинетическая энергия, но гипотеза состоит в том, что в этой вселенной нет других объектов, поэтому нет относительного положения для сравнения положения ракеты. Так куда же делась эта недостающая энергия?
Что мне не хватает?
Ракеты работают, выбрасывая выхлопные газы с высокой скоростью, что за счет сохранения импульса заставляет ракету двигаться в противоположном направлении. Поскольку на выхлопную систему ракеты не действуют внешние силы, ее центр масс дает инерциальную систему отсчета. Это система отсчета, в которой мы можем измерить изменение кинетической энергии ракеты (и выхлопа).
Когда вы стреляете из ружья, вы чувствуете отдачу , потому что импульс, сообщаемый пуле, должен иметь равный и противоположный импульс, сообщаемый корпусу самого ружья. Короче говоря, вы нажимаете на курок, крошечная пуля вылетает вперед, и вы и пистолет вместе, как единая система, получаете равный импульс, распределенный по гораздо большей массе, толкая вас назад.
Ракета работает по тому же принципу, только наоборот. Вместо приложения силы к орудию как побочного эффекта приложения силы к снаряду (пуле), вы прикладываете силу к снаряду, в данном случае к выхлопным газам, как побочный эффект приложения силы к ракете. Газы летят вниз с импульсом, равным и противоположным импульсу ракеты, которая летит вверх, если, конечно, вы пытаетесь отправить свою ракету в космос.
Эта потеря массы выхлопа — это то, что позволяет ракете двигаться, без чего вы были бы правы, и были бы некоторые трудности с объяснением движения ракеты в рамках ньютоновской механики.
Что касается системы отсчета, вы можете прикрепить свою рамку к самой ракете, и в этом случае у вас будет инерциальная система отсчета, которая должна учитывать потерю массы из-за выхлопа. Или вы можете быть немного более предприимчивым и прикрепить свою раму к выхлопным газам, что допустимо, если делать это для небольших отрезков времени, но гораздо сложнее, если вы хотите учесть общую продолжительность времени, в течение которого ракета находится в движении. Или вы можете прикрепить вашу систему координат к точке в пространстве, где ракета находится в заданном движении, и вы заметите, что два равных и противоположных импульса приложены к ракете, движущейся в одном направлении, и газам, движущимся в другом, хотя ясно, что газы будут путешествовать с гораздо большей скоростью. Вам решать, как далеко вы хотите зайти!
Наконец, чтобы ответить на ваш последний вопрос, ваша пустая вселенная начинается с ракеты с топливом, которое она затем сожжет и выбросит в виде выхлопных газов. Эти газы не исчезают из Вселенной, как только покидают ракету, и у вас остается почти пустая Вселенная, содержащая ракету и кучу быстро движущегося газа. Это то, чего вам не хватает.
Она пошла на кинетическую энергию выхлопа ракеты
Теодоро
Кит Кнаубер
Теодоро
Адриан Ховард
Кит Кнаубер
Эколог