Получение энергии от торможения космического корабля

Этот вопрос исходит из другого ответа .

Предлагаемая система состоит в том, что движущийся космический корабль замедляется, а какой-то объект, который может свободно двигаться внутри корабля, ощущает силу g этого торможения и передает эту энергию какой-либо системе (через пьезоэлектрические кристаллы или как угодно, пример I'). буду использовать пружину).

Я обдумывал это, и что-то не совсем устраивало меня в этом, но я не уверен, что. Казалось, что вы не сможете вытянуть энергию... но тогда, может быть, это вся сила, которую будут ощущать разные части космического корабля независимо от того, но жесткая конструкция выдержит ее, а не пружина. Чтобы упростить понимание, я проиллюстрировал эту идею ниже.

Пружинная система

Требуется ли для работы верхней системы больше энергии , чем нижней, или верхний пример использует силы, которые в противном случае не использовались бы? Если да, то как?

Для полноты картины я должен добавить, что частью того, что заставило меня сомневаться, были комментарии ниже этого ответа от @HarryJohnston и @sammygerbil, любые разъяснения по их комментариям будут приветствоваться.

Редактировать: я думаю, что отчасти меня беспокоило то, что (при условии, что пружина и стойка имеют одинаковый вес) у нас должен быть равный случай с точки зрения передачи импульса. Взяв корабль как один объект и создав тягу с равным и противоположным импульсом для замедления, это будет означать, что (предположительно) оба корабля остановятся одновременно, потому что суммарный импульс корабля должен быть равен 0. Возможно, пружина сжимается, поэтому внешняя часть корабля движется немного назад, а блок движется вперед, но вместе они должны иметь нулевой суммарный импульс.

Итак, мы запасаем энергию весной, несмотря на то же изменение импульса, откуда это берется?

Хотя ответы о том, что космическому кораблю с пружинно-массовой системой требуется больше энергии для остановки, могут быть правильными, они этого не доказывают. Рассмотрим систему как космический корабль плюс система пружинной массы. Предположим, что система замедляется и перед остановкой блок каким-то образом запирается (что-то вроде храпового механизма) со сжатой пружиной. Полная энергия, затраченная на то, чтобы привести систему в состояние покоя, определяется теоремой о работе энергии: Вт "=" Δ К и это не зависит от того, есть в системе подвижные части или нет.
Рассмотрим случай, когда два бруска одинаковой массы сталкиваются друг с другом с одинаковой скоростью. Они слипаются с нулевой скоростью. Импульс сохраняется, но «кинетическая» энергия НЕ... Вы ПОТЕРЯЛИ кинетическую энергию. Куда это делось? Она могла быть преобразована в тепло, электричество или потенциальную энергию в пружине между блоками. Я думаю, вас смущает тот факт, что КИНЕТИЧЕСКАЯ энергия не обязательно сохраняется.
@mami Я знаю об этом, но мой вопрос в том, откуда берется энергия? Вопрос об импульсе был больше связан с тем, что изменение скорости было одинаковым, и, следовательно, изменение кинетической энергии (корабля в целом) было одинаковым.

Ответы (4)

Общая энергия одинакова до и после торможения. Пружина вносит задержку в приложении замедления к внутреннему блоку.

В дальнейшем деформация пружины будет запасать некоторую энергию, которая может высвободиться при прекращении внешнего торможения. Следовательно, для замедления требуется больше энергии (но вы получаете обратно)

Почему пружинная система требует больше энергии для замедления? Конечно, мы просто замедляем корабль и блок в разное время.
Когда пружина сжимается при замедлении, вы должны вкладывать энергию. Эта энергия высвобождается, если пружина возвращается к своей первоначальной длине.

Это зависит от того, как "распорка принимает силу"

Есть две возможности того, как это воздействие может быть поглощено, в зависимости от того, как интерпретировать расплывчатое описание «стойка обретает силу». Сама по себе схема неполная и непонятная, потому что это не изолированная система, эта стойка к чему-то прикреплена и это имеет значение.

Либо распорка прикрепляется к гипотетической неподвижной точке, и тогда «распорка принимает силу» означает, что распорка поглощает энергию либо в виде упругой деформации (т. и преобразование удара в кинетическую энергию компонентов того, что раньше было стойкой.

Или, наоборот, распорка считается недеформируемой (как пресловутая сферическая корова в вакууме) — поэтому все удары передаются на любой (большой, тяжелый) объект, к которому прикреплена распорка, поэтому ее можно смоделировать как простую упругую столкновение двух объектов.

В любом случае, если космический корабль прибывает со скоростью v и заканчивается со скоростью 0 в той же инерциальной системе отсчета, с энергетической точки зрения не имеет значения, как он останавливается. Энергия сохраняется; кинетическая энергия уменьшается на м в 2 так что что-то еще увеличивается на м в 2 , и единственная разница в том, сколько из этого преобразуется во что-то (субъективно) полезное для вас.

Значит, если стойка не деформируется, то для выполнения этого действия требуется меньше энергии, чем если бы это была пружина? С чего бы это?
@LioElbammalf Я искренне не могу понять, что именно вы подразумеваете под «требует ... энергии для выполнения этого действия» - энергия сохраняется и не изменяется в закрытых системах; и это не требует какого-то определенного количества энергии, диаграмма работает с любым количеством энергии. м в 2 космический корабль приносит. Кроме того, я определенно не говорю, что «для выполнения этого действия требуется меньше энергии», последний абзац утверждает прямо противоположное, что это не имеет значения, если космический корабль остановится, то должно быть передано точно такое же количество кинетической энергии. /превратился во что-то другое.
Немного, что смутило меня, было то, что вы сказали «Это зависит», учитывая, что мой вопрос касался того, есть ли разница в энергии. Я предположил, что если бы это зависело от того, как стойка действует под действием силы, то у нее была бы некоторая разница в энергии. Если нет, то как это зависит от этого, кроме как распределяется энергия?
@LioElbammalf, например, одна из возможных интерпретаций вашей второй неполной диаграммы заключается в том, что стойка прикреплена к чему-то, чей вес сравним с космическим кораблем, поэтому конечным результатом будет то, что космический корабль не остановится (в инерциальной системе координат любой стойки был прикреплен к); результат зависит от того, какая стойка соединена за пределами изображения, заставляет ли стойка держать их вместе (неупругое столкновение) и т. д. «Это зависит» в том смысле, что вторая диаграмма достаточно неполна, чтобы могло произойти что угодно — остановка, отскок назад, пробивание и т. д.

Да, для работы верхней системы требуется больше энергии, чем для нижней.

Выхлопные газы ракет верхней системы движутся вправо не так быстро, как выхлопные газы ракет нижней системы.

Таким образом, верхняя система должна производить больше выхлопных газов, чтобы придать выхлопным газам тот же импульс, что и выхлопным газам нижней системы.

Таким образом, чтобы испытать такое же изменение импульса, как и в нижней системе, верхняя система должна сжигать больше ракетного топлива.

Рассмотрим силы F1 и F2, которые останавливают обе системы с одинаковым постоянным замедлением g. F2 = 2 мг для нижней системы и остается таким до тех пор, пока космический корабль не остановится на нулевой скорости. F1, с другой стороны, начинается со значения мг, и по мере того, как внутренняя масса сжимает пружину все больше и больше, она (F1) постепенно увеличивается. В действительности, когда пружина сжалась на с, F1 = mg + kc. Сокращение прекращается, когда kc = mg. Тогда F1 = мг + мг. Если внутренняя масса успевает остановиться в нуле во время торможения, то F1 в конце концов достигает 2 мг. Если вы построите график сила-расстояние для F1 и F2 во время полного замедления с g, вы увидите, что площадь под F1 (работа, совершаемая силой) МЕНЬШЕ, чем площадь под F2.

Импульс неизбежно сохраняется во всей системе: корабль + система, применяющая тормозящую силу. Последняя часть может быть газовым двигателем или другой пружиной, прикрепленной к другой массе, скажем, к земле. Это может быть даже магнитное поле какого-то магнита с некоторой массой. Если в обоих случаях вся система упруга, кинетическая энергия будет сохраняться помимо импульса. Тогда последняя система приобретет некоторую кинетическую энергию. Это будет равно кинетической энергии космического корабля (поскольку он потерял всю свою кинетическую энергию), которая одинакова для обеих систем. Если это так, то конечная полная энергия всей системы (опять же, космический корабль + система, обеспечивающая торможение) будет больше кинетической энергии космического корабля на величину, запасенную пружиной в верхней системе .. Для нижней системы полная энергия будет равна всей кинетической энергии, и по определению упругого столкновения последняя система больше не будет тратить энергию. Вывод состоит в том, что если вся система упруга, то должна быть передача энергии от той части системы, которая обеспечивает торможение верхней системы. Нам это не нужно для нижней системы.

Если не требуется, чтобы вся система была эластичной, окончательная система будет иметь меньшую кинетическую энергию как для верхней, так и для нижней систем. Разница будет преобразована в тепло или другую форму энергии в обеих системах. Однако верхняя система частично преобразует разницу в потенциальную энергию, запасенную в пружине.

Получение энергии от торможения космического корабля
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v