پرسپولیس

 افزایش سرعت و افزایش توان راکتور شتاب دهنده فضا پیما - مهندسی مکانیک >>> دزفول
X
تبلیغات
رایتل

مهندسی مکانیک >>> دزفول

افزایش سرعت و افزایش توان راکتور شتاب دهنده فضا پیما



 محاسبه  افزایش سرعت و افزایش توان راکتور شتاب دهنده فضاپیما

 



msh جرم فضاپیما در حال حرکت ، m 0 sh جرم فضاپیما در حال سکون ، v سرعت فضاپیما و c سرعت نور است . نمودار فوق برای جرم یک کیلوگرم از سفینه رسم شده است . همانطور که مشخص است با افزایش سرعت ، جرم فضاپیما نیز افزایش پیدا می‌کند و چون :

 F نیرو ، m جرم ، a شتاب ، F 0 a نیروی اولیه لازم جهت شتاب دادن به فضاپیمای در حال سکون ، a شتاب مورد نظر و Fa نیروی لازم جهت شتاب دادن به فضاپیمای در حال حرکت است که در نمودار زیر 10 متر بر مجذور ثانیه به ازای هر کیلوگرم از جرم سفینه در نظر گرفته شده است .


 


منحنی آبی رنگ همان افزایش جرم به نسبت افزایش سرعت است و منحنی سبز رنگ افزایش نیروی لازم جهت شتاب 10 متر در مجذور ثانیه به نسبت افزایش جرم یک کیلوگرم از جرم سفینه است . مسلما با افزایش سرعت ، با افزایش جرم نیز مواجه خواهیم شد و برای شتاب دادن و افزودن به سرعت فضاپیما ، همواره به نیروی بیشتری نیاز خواهیم داشت که این نیروی لازم در سرعت نور بینهایت خواهد شد ، برای اینکه جرم سفینه ما نیز در سرعت نور بینهایت میشود . علی‌رغم این نتیجه گیری کلی از این معادلات ، عده‌ای بر این باورند که نزدیک شدن به سرعت نور نیز غیر ممکن است ، برای اینکه یک راکتور تامین کنند انرژی نمی‌تواند این نیروی بسیار زیاد را تامین و تولید کند و محدودیتی را که نسبیت بنیان گذارده ، رسیدن به سرعت نور و حتی نزدیک به آن را برای بشریت تبدیل به یک رویا و هدف غیر ممکن نموده است، چه برسد به سرعتی بیشتر از نور . کلید گشودن این قفل و شکستن این محدودیت در نزدیکی سرعت نور ، این موضوع است که فرض کنید فضاپیما برای تامین انرژی و نیروی مورد نیاز جهت شتاب گرفتن از یک راکتور هسته‌ای استفاده می‌کند که سوخت راکتور شکافت یا همجوشی ، طبق معمول یک عنصر رادیواکتیو یا گاز هیدروژن و ... است و با افزایش سرعت و جرم سفینه ، جرم سوخت راکتور ما نیز مسلما افزایش پیدا می‌کند و با افزایش جرم سوخت ، انرژی و توان راکتور سفینه نیز افزایش چشم گیری پیدا خواهد کرد . اینک با برسی معادلات فیزیکی در این زمینه ، موضوع تامین انرژی و نیرو برای شتاب گرفتن سفینه را برسی می‌کنیم !  

E انرژی ، E 0 R انرژی راکتور در حالت سکون سفینه ، m 0 F جرم سکون سوخت راکتور و ER انرژی راکتور در حالت حرکت فضاپیماست .

نمودار انرژی حاصل از جرم یک کیلوگرم سوخت راکتور سفینه در حال شتاب


همانطور که مشخص است انرژی راکتور شتاب دهنده سفینه نیز در حد سرعت نور بینهایت میشود و انرژی و نیروی لازم جهت رسیدن به سرعت نور را فراهم می‌کند . اما آنچه که بسیار مهم میباشد برسی توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه تا سرعت نور و مقایسه آن با توان راکتور شتاب دهنده به سفینه در حد سرعت نور است . 

W کار ، d مسافت ، P توان ، t زمان ، P 0 a توان اولیه جهت شتاب دادن به سفینه در حال سکون ، ' d مسافت یا طول منقبض ( کوتاه ) شده ، ' t زمان کند شده و Pa توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه در حال حرکت میباشد .

همانطور که از نمودارهای فوق مشخص است با رسیدن به سرعت نور ، زمان متوقف شده و ابعاد سه گانه نیز صفر میشوند . این به این معنی است که چگالی هم بینهایت خواهد شد ، برای اینکه :

ρ جرم حجمی ، ρ 0 جرم حجمی جسم در حال سکون ، ρa جرم حجمی جسم در حال حرکت و ma جرم جسم در حال حرکت است .

منحنی آبی رنگ همان افزایش جرم را نشان می‌دهد ولی منحنی سبز رنگ افزایش چگالی را نسبت به افزایش سرعت نشان می‌دهد که آهنگ افزایش آن بیشتر از روند افزایش جرم است .

پس چنین استنباط و پیش بینی میشود که در این شرایط بحرانی تمامی ذرات تشکیل دهنده جرم سفینه با نزدیک شدن به همدیگر ، در نهایت میبایست در هم ادغام شده و بعد از انفجار ، تمامی جرم سفینه به انرژی تبدیل و آزاد شود . با توجه به مطالب فوق ما میتوانیم به یک نتیجه کلی برسیم و آن اینکه جهان ما دو بعد کلی و اصلی دارد :

1- بعد اول متریک فضا است که به توان 3 میرسد و حجم را تشکیل می‌دهد . این ابعاد با هم منقبض و یا منبسط میشوند .

2- بعد دوم تایمیک یا زمانی است که به نسبت بعد متریک ، کند و یا تند میشود .

در واقع چهار بعدی فضا - زمان نسبیت یک دو بعدی طول و زمان است که به تناسب هم تغییر اندازه می‌دهند و ثابت این تناسب با توجه به رابطه مورد نظر :


میباشد که نتیجه کلی و بارز آن ثابت اندازه گیری شدن سرعت نور تحت هر شرایطی است .

ولی در رسیدن سرعت سفینه به سرعت نور دو مشکل جدی روی می‌دهد :

1- اول اینکه آیا این سفینه میتواند به سرعت نور برسد ؟

2- دوم اینکه اگر فضاپیما به سرعت نور برسد ، جرمش بینهایت شده و مسلما انرژی آزاد شده از انفجار آن نیز بینهایت خواهد بود . آیا میتوان کل کیهان و یا حداقل بخشی از آن را به این روش نابود و ویران کرد ؟ و آیا این موضوع عقلانی است که با استفاده از جرمی اندک به عنوان جرم سفینه و جرم سوخت راکتور شتاب ، کیهان و یا بخش نسبتا قابل توجهی از آن را تخریب و نابود کرد ؟ آیا قوانین ترمودینامیک در این رویداد نقض میشوند ؟

در رابطه با برسی مشکل اول ابتدا نمودار توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه تا سرعت نور را رسم می‌کنیم :

 نمودار شتاب 10 متر بر مجذور ثانیه به ازای هر کیلوگرم از جرم سفینه


آهنگ افزایش این توان همانند روند افزایش جرم است . اینک معادله توان راکتور شتاب دهنده سفینه را نسبت به افزایش سرعت بدست می‌آوریم .  

P 0 R توان راکتور در حالت سکون سفینه و PR توان راکتور در حالت حرکت فضاپیماست .

نمودار توان بدست آمده از جرم یک کیلوگرم سوخت راکتور سفینه در حال حرکت  


اینک با مقایسه دو رابطه توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه در حال حرکت و همچنین توان راکتور فضاپیمای در حال حرکت : 


نتیجه می‌گیریم که آهنگ افزایش توان راکتور سفینه بیشتر از روند توان لازم برای شتاب دادن به سفینه است .

یعنی نمودارهای زیر : 


منحنی آبی رنگ روند افزایش توان لازم برای شتاب دادن به سفینه و منحنی سبز رنگ آهنگ افزایش توان راکتور شتاب دهنده فضاپیماست که جهت مقایسه با یکدیگر از مبدا واحدی شروع به رسم شده‌اند . یعنی نه تنها راکتور سفینه برای رساندن سرعت فضاپیما به سرعت نور درمانده و عاجز نیست ، بلکه میتواند آن را سریعا ( با شتاب در حال افزایش ) به سرعت نور برساند و در این رابطه ، توان و انرژی مازاد بر نیاز و بیشتری هم خواهد داشت .


 

تمامی قوانین و روابط وضع شده توسط انسانها در محدوده‌ای مخصوص به خود حاکم بوده و کارآیی دارند و شاید کند شدن زمان و کوتاه شدن متر و افزایش جرم و ............ تا حدی ادامه داشته باشد و بعد از آن ، این تغییرات متوقف شوند و هیچ انفجاری هم روی ندهد و قوانین و روابط جدید و متفاوتی جایگزین شوند و در نهایت رسیدن به سرعت نور و حتی بیشتر از آن مقدور شود ، برای اینکه ما در توان و انرژی راکتور شتاب دهند فضاپیما هیچ مشکل و کمبودی نخواهیم داشت .

به امید روزی که فضاپیماهای این چنینی طراحی و ساخته شوند و بشر به آرزوی دیرین خود یعنی سفر در اعماق کیهان آنهم با سرعت خیلی زیاد دست یابد و خود را از قید و بند محدودیتهای بوجود آمده رها کند . به هر حال نزدیک شدن و رسیدن به سرعت نور میبایست آزموده شود که راکتورهای مولد انرژی و نیروی پیشران امکانات آزمایش را فراهم خواهند کرد . چرا که با افزایش جرم و چگالی بر استحکام و مقاومت راکتور و سفینه نیز افزوده خواهد شد .