Почему «релятивистские световые паруса должны надуваться»?

Сообщение в блоге Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета « Как спроектировать парус, который не порвется и не расплавится во время межзвездного путешествия» содержит ссылки на две новые статьи Nano Letters:

Они описывают действительно подробные и тщательные исследования и делают чтение отличным!

Резюме вздымающейся бумаги начинается так:

Мы утверждаем, что легкие паруса, которые быстро разгоняются до релятивистских скоростей с помощью лазеров, должны быть значительно изогнуты, чтобы уменьшить их механические напряжения и избежать разрывов.

Обычно люди предполагают, что солнечные паруса будут номинально плоскими, чтобы максимизировать отдачу фотонов.

Вопрос: Почему «релятивистские световые паруса должны надуваться»? Почему эта неожиданная и значительная кривизна, которую они предлагают, снижает механические напряжения и предотвращает разрывы в этих молекулярно тонких парусах, подвергающихся интенсивному лазерному освещению и ускорению?

Ответы (1)

Напряжение в окружности пропорционально давлению излучения, но обратно пропорционально кривизне паруса. Раздувание паруса увеличивает кривизну и снижает натяжение материала паруса. Должен быть интересный компромисс между кривизной и толщиной, когда паруса с большей волной имеют большую площадь, но их можно сделать тоньше.

@uhoh Это основано на моих собственных взглядах на нерелятивистские бочки с пивом. Должен признаться, я не просматривал документы :-( Я не понимаю, как «релятивистский» может иметь отношение к чему-либо, кроме смещения длины волны освещения, но это, безусловно, делает название более захватывающим!
Уравнение Википедии
о θ "=" ф т л
похоже на их выражение лица (первый полный абзац на странице 3)
о с ты р в е д "=" п с с т ф
где п это давление, с с радиус кривизны и т ф это толщина пленки, но их ссылка № 44 - это книга, а у меня ее нет под рукой. Может ли это быть аналогом кольцевого напряжения для сферической крышки?
А, см. уравнение S59 в приложении и его ссылку 25 Да, сферический сосуд высокого давления.
@uhoh Да, формула сферы появляется в статье Википедии, но в разделе «отношение к внутреннему давлению». Эта вздымающаяся бумага довольно интересна. . . теперь наконец то смотрю :-)
Да, дополнение настолько тщательное, что это похоже на настоящий труд любви :-)
@ uhoh и Роджер Вуд В дополнение к напряжениям в основной части паруса, дизайнеры также должны обращать внимание на напряжения и деформации в местах крепления паруса к судну. Волна (или чердак) также может помочь уменьшить концентрацию напряжения в точках крепления по периметру паруса, помогая уменьшить общую массу.
@BradV, может быть, вращающийся парус, чтобы он оставался стабильным и достаточно плоским без каких-либо жестких элементов? Интересно, как выглядят напряжения во вращающемся сплошном диске?
Здесь просто мысли вслух. В цилиндре или сфере «давление газа» всегда совершенно перпендикулярно внутренней поверхности. С лазерным или солнечным парусом входящая фотонная сила может быть очень наклонной, изогнутой к сильно вздымающемуся парусу. Про вращающийся парус... интересная мысль. В прошлом я задавался вопросом о больших вращающихся конструкциях для «гравитации» на космических кораблях поколений и пытался понять влияние гироскопической прецессии на движение и навигацию. Всегда интересовался плюсами и минусами колес/дисков по сравнению со стволами/трубами по сравнению с формами типа «выносные опоры».
@BradV, если он идеально отражает, фотонное давление также перпендикулярно поверхности (равные углы падения и отражения), но давление имеет вид cos (тета). Таким образом, он упадет к краям. По-видимому, напряжение во вращающемся диске также падает к краю. Это беспорядочно, потому что вам, вероятно, придется принять некоторый модуль Юнга, но было бы интересно сделать это численно. Здесь показаны некоторые формулы: amesweb.info/StructuralAnalysisBeams/…
Почему «релятивистские световые паруса должны надуваться»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v