太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?(火箭在太空中加速)

三毛 214

太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?

一,太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?

由于水是液体,在泳池边上的人是可以很轻松地跳入水中。然而,如果不断地增加跳水的高度,使人体入水时的速度增大,则水对人体的阻力越来越大,直至表现出固体的特性,将高空坠落的人拍死。

为什么入水的速度会改变水的性质呢?

众所周知,水虽然表面上是连续的液体,但是其却是由无数个离散的水分子构成的,即其本质是粒子运动的集合。

由于水分子很小且是运动的,所以当人体近距离低速跳入水中时,只有少量的水分子阻挡人体的进入,其它的水分子都有时间躲避人体。所以,此时水压并不很大。

然而,如果高空坠落,人体入水时的速度极大,以至于多数水分子来不及躲避,相对静止在原处,从而使水变硬,对人体造成不可逆的损伤。

这就好比是在密集的人群中行走,行走的速度越快,得到的阻力就越大。这就是作为物理背景的空间对运动的物体产生影响与束缚的原因。

在现实世界中,构成物理背景的空间有许多种,比如水分子构成水、气体分子构成空气等。它们都是由离散的粒子集合所构成的。

越是细小的粒子,其构成的物理背景所影响的范围就越广。由宇宙中不可再分的最小粒子构成的物理背景,就成为我们宇宙的本底空间,即宇宙中的所有物体都会受到该空间的影响与束缚。

这一最小的粒子就是由普朗克常数h所定义的量子,其角动量等于6.623x10-27尔格秒。处于最低能量的基态量子构成了量子空间,受到激发的量子就成为光子,由高能量子组成的封闭体系就是物质。

于是,当物体的运动速度不断地增加时,量子空间对该物体的束缚会越来越大,以至于该物体的新增能量以相对于量子空间的势能为主,表现为与速度无关。

当物体的运动速度接近于光速时,其所面对的空间量子越来越多,感受到巨大的空间压强。于是,该物体就会像高空坠落的人体那样被挤压解体,由作为物质的封闭体系还原为作为能量的离散粒子。

总之,由于量子空间的存在,由于物质是高能量子组成的封闭体系,所以一个物体即便是可以获得无穷多的能量,其结果也不是速度的增加,而是被空间挤压解体,还原为离散的光子。

这就好比是高速运动的气球?,其运动的速度无法超过声速,在其达到声速之前就会被空气挤爆了。

二,太空中火箭的速度

“太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?”这是一个十分有趣的问题。关于这个问题,其实可以分两个部分来讲,第一部分就是火箭真的做得到无限燃料么?第二部分就是即使是无限燃料,根据狭义相对论也无法达到光速。

接下来,我们一个个来讲。

火箭

大家如果认真去看一下火箭,你就会发现,火箭一般都是2-4级的,实际上,4级的也不多,大多都是3级的。按理说,如果可以多级,其实火箭还能跑的远,还能完成更多的任务。可为啥偏偏没有多余4级的呢?

这就要火箭的原理说起了,首先,我们要搞清楚一点,那就是火箭为什么要分级?干嘛不是一个整个,直接往上飞?答案是:根本做不到。

因为想要飞出去,至少要达到第一宇宙速度,也就是说至少要达到7.91km/s。按照目前的技术条件,单级火箭能达到的最快时速是6km/s,所以,利用单级火箭是没办法实现的。

至于为什么实现,我们可再多说几句。我们设想一下,把一个巨大的火箭做成了单级的,那么就意味着要把全部的推进剂都出处在火箭的贮箱里面。这就需要把贮箱的体积扩大到非常大的程度,但我们要知道的是体积并不是刻意随便扩的,随着你扩大体积,为了能够承受住负荷,就得加厚贮箱的箱壁,这在无形中就会增加贮箱的重量,贮箱的重量变大了,那会咋样?需要的推进剂就会多。所以,为了达到第一宇宙速度,你又得增加贮箱的体积,以此储存更多的推进剂,然后又会遇到贮箱重量变大的问题,一直循环往复。

其实也有科学家表示对此不服,前去挑战,有的人想到的是采用高性能的推进剂,有的想到的是用高轻度的结构材料,以此来减轻火箭的质量。结果,他们都失败了。也正因为这个原因,火箭才开始采用多级。那具体是咋操作的呢?

一般来说是这样的,首先先把第一级点了,让火箭先飞起来,达到一定速度之后,也就是第一级燃料耗尽之后,让它自动剥落。接着把第二级给点了,给火箭进一步加速,燃料耗尽后然后关机剥落。就这样一级一级传递下去,一般来说,常见的是2-4级火箭。

这样做的好处是,随着一级一级的剥落,火箭自身的重量是在减轻的。这样加速的效率也就更好。

那火箭是分级越多越好么?

所以,想要达到无限燃料,也就是要无限级。可为什么现在的火箭只有2-4级呢?这其实和火箭自身有关。造一个火箭可不是随便过家家,它实际上是一个系统工程。我们看到的是一枚火箭深空了,可实际上这是个非常复杂的过程,近代火箭的发射常常要依赖控制论。这是一位叫做维纳的科学家提出来的理论,他在二战时研究炮弹打出去之后的路径问题,他发现,炮弹打出去的路径会受到许多影响,诸如湿度,温度,风速等等,哪怕一个细微的影响,都会千差万别。其实火箭的发射也是这个道理,所以,这时候就要引入控制论。

而通过控制论,我们可知道,分级越多,对于火箭而言,会造成的影响因素就越多,这会导致连接和分离结构增加,也就增加了火箭的结构重量,会大幅度降低可靠性。其实,四级的火箭会出现的意外,就远比三级要高得多。所以,四级本身都不太多见。所以,不采用更多级的原因,本质上就在于控制风险,要搞个10级,20级,可能没升空就就地炸了。

相对论

假设,我们人类的技术腾飞了,10级,20级,10万级都不是事,那能成功么?还是不行。这不是我说的,是爱因斯坦说的。他发现,物体在运动时,质量会增加,并且还给出了一个计算公式:

其中m0是静止质量,说的就是物体静止时的质量。根据这个公式,我们至少能得出以下两点信息,那就是:

  1. 只有静止质量为0的东西才能达到光速,光就是静止质量为0。
  2. 任何静止质量不为0的东西,随着速度越来越快,自身的质量也越打越大,加速就越来越难,理论上要把它加速到光速的能量是无穷大,也就是说根本没办法做到。

所以,无限级的火箭随着不停地加速,会越加越慢,而且始终加速不到光速。其实不要说火箭了,仅就一个电子,人类都没有能力把它加速到光速。

三,火箭在太空的速度极限

谢谢邀请。

根据爱因斯坦的相对论原理,即使火箭拥有无限的燃料,还是不能超过光速的。

首先看有无限的燃料,能不能不停的加速。

大家知道,根据相对论,物体越接近光速质量变得越大,再加速要推动的力也会越大,接近光速时质量将变的无穷大,所需加速的力就要无穷大。

比如质量1公斤物体加速到70%变2公斤,90%变10公斤,99%变200公斤,99.999%变10000公斤,越接近光速质量增加越明显,直到变无穷大,而加速的能量也需越多,加速过程的能量转变为质量。另外,太空中也不是纯真空环境,就算是一立方米里有一个粒子,速度足够快后粒子相对密度就会成数量级的增加,摩擦力大到惊人,以现有的科技是无法使火箭不被烧毁的。

再看一下速度能否达到光速。

超不超得过光速先不说,那得先“达到光速”再说,那么能不能达到呢?

爱因斯坦从光速不变原理和狭义相对性原理,推导出时间膨胀长度收缩洛伦兹变换,接着再由动量守恒得出质速关系,最终由质速关系即可看出静止质量不为零的物体不可能达到光速,这就是上面那个公式。所以达到光速的前提条件是质量必须为零,这个结论与题主的假设前提是矛盾的,火箭拥有无限的燃料,那么质量必然是无穷大,所以肯定达不到光速。

从目前的研究来看,依据我们地球目前的科技,使用核聚变为燃料来源的火箭,理想状态下能使速度达到光速的12%,这离光速还有非常大的距离。

希望我的回答能够帮助到您。

四,火箭在太空能飞多快

首先,无限的燃料是不现实的。这里假设给火箭足够的燃料,使其能够不停加速,那么,火箭最终能超过光速吗?

根据牛顿物理学,随着燃料的逐渐消耗,火箭的质量逐渐降低,加速度会越来越高,火箭的速度会越来越快。只要火箭拥有足够多的燃料,太空中的火箭加速到光速,并且最终超过光速,都是迟早的事情,没有什么能够阻止火箭超光速。

然而,根据狭义相对论,火箭不可能被加速到超光速,因为火箭就连光速都不可能达到。虽然火箭的质量会随着燃料消耗而变得越来越小,但由于相对论效应,火箭的动质量会随着速度增加而变得越来越大:

尤其是在速度趋近光速时,火箭的动质量将会大幅度增加,直至随着速度无限接近光速而趋于无穷大。因此,当速度越接近光速时,由于动质量大幅度增加,火箭越难被继续加速。而加速到光速是不可能的,因为这需要无限的燃料来产生无限的动能。相对论的动能由如下公式给出:

如果在速度远低于光速的情况下,对上式右侧展开为泰勒级数,则可以把上式改写成如下的近似表达式:

Ek=1/2mv^2

相对论效应在低速下是无法察觉到的,但在能把粒子加速到亚光速的粒子加速器中,相对论效应会产生显著的影响。在粒子加速器中,物理学家观测到的粒子运动行为完全符合狭义相对论的描述。

总之,根据狭义相对论,局域速度的超光速现象是不存在的。但如果考虑空间膨胀效应,宇宙中遥远的星系会以超光速远离彼此。事实上,银河系正以超光速相对于140亿光年外的河外星系退行而去。空间不是物质,也不是辐射,所以空间的膨胀不受狭义相对论约束。

五,太空中火箭燃料靠什么燃烧

根据爱因斯坦相对论原理,只有当飞船的质量接近零时,才有可能达到光速,飞船质量很大,难以达到光速。


总结:以上内容就是 玖梦手游 提供的太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?(火箭在太空中加速)详细介绍,大家可以参考一下。

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