تبلیغات
در مورد هواپیما چه میدانید؟ - مقاله در مورد افزایش سرعت و افزایش توان راكتور شتاب دهنده فضاپیما

مقاله در مورد افزایش سرعت و افزایش توان راكتور شتاب دهنده فضاپیما

جمعه 30 مهر 1389 04:10 ب.ظ

نویسنده : شهاب .....



یكی از جنجالی ترین بحثها در نظریه نسبیت ، رسیدن اجسام به سرعت نور است ، برای اینكه طبق معادله و نمودار زیر :




msh جرم فضاپیما در حال حركت ، m0sh جرم فضاپیما در حال سكون ، v سرعت فضاپیما و c سرعت نور است . نمودار فوق برای جرم یك كیلوگرم از سفینه رسم شده است . همانطور كه مشخص است با افزایش سرعت ، جرم فضاپیما نیز افزایش پیدا می‌كند و چون :



F نیرو ، m جرم ، a شتاب ، F0a نیروی اولیه لازم جهت شتاب دادن به فضاپیمای در حال سكون ، a شتاب مورد نظر و Fa نیروی لازم جهت شتاب دادن به فضاپیمای در حال حركت است كه در نمودار زیر 10 متر بر مجذور ثانیه به ازای هر كیلوگرم 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 یك كیلوگرم 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 كه این نیروی لازم در سرعت نور بینهایت خواهد شد ، برای اینكه جرم سفینه ما نیز در سرعت نور بینهایت میشود . علی‌رغم این نتیجه گیری كلی از این معادلات ، عده‌ای بر این باورند كه نزدیك شدن به سرعت نور نیز غیر ممكن است ، برای اینكه یك راكتور تامین كنند انرژی نمی‌تواند این نیروی بسیار زیاد را تامین و تولید كند و محدودیتی را كه نسبیت بنیان گذارده ، رسیدن به سرعت نور و حتی نزدیك به آن را برای بشریت تبدیل به یك رویا و هدف غیر ممكن نموده است ، چه برسد به سرعتی بیشتر از نور . كلید گشودن این قفل و شكستن این محدودیت در نزدیكی سرعت نور ، این موضوع است كه فرض كنید فضاپیما برای تامین انرژی و نیروی مورد نیاز جهت شتاب گرفتن از یك راكتور هسته‌ای استفاده می‌كند كه سوخت راكتور شكافت یا همجوشی ، طبق معمول یك عنصر رادیواكتیو یا گاز هیدروژن و ... است و با افزایش سرعت و جرم سفینه ، جرم سوخت راكتور ما نیز مسلما افزایش پیدا می‌كند و با افزایش جرم سوخت ، انرژی و توان راكتور سفینه نیز افزایش چشم گیری پیدا خواهد كرد . اینك با برسی معادلات فیزیكی در این زمینه ، موضوع تامین انرژی و نیرو برای شتاب گرفتن سفینه را برسی می‌كنیم !


E انرژی ، E0R انرژی راكتور در حالت سكون سفینه ، m0F جرم سكون سوخت راكتور و ER انرژی راكتور در حالت حركت فضاپیماست .



نمودار فوق برای انرژی حاصل از جرم یك كیلوگرم سوخت راكتور سفینه در حال شتاب رسم شده است . همانطور كه مشخص است انرژی راكتور شتاب دهنده سفینه نیز در حد سرعت نور بینهایت میشود و انرژی و نیروی لازم جهت رسیدن به سرعت نور را فراهم می‌كند . اما آنچه كه بسیار مهم میباشد برسی توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه تا سرعت نور و مقایسه آن با توان راكتور شتاب دهنده به سفینه در حد سرعت نور است .



W كار ، d مسافت ، P توان ، t زمان ، P0a توان اولیه جهت شتاب دادن به سفینه در حال سكون ،'d مسافت یا طول منقبض ( كوتاه ) شده ، 't زمان كند شده و Pa توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه در حال حركت میباشد .




همانطور كه 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 كه چگالی هم بینهایت خواهد شد ، برای اینكه :




ρ جرم حجمی ، ρ0 جرم حجمی جسم در حال سكون ، ρa جرم حجمی جسم در حال حركت و ma جرم جسم در حال حركت است .



منحنی آبی رنگ همان افزایش جرم را نشان می‌دهد ولی منحنی سبز رنگ افزایش چگالی را نسبت به افزایش سرعت نشان می‌دهد كه آهنگ افزایش آن بیشتر از روند افزایش جرم است .
پس چنین استنباط و پیش بینی میشود كه در این شرایط بحرانی تمامی ذرات تشكیل دهنده جرم سفینه با نزدیك 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 یك نتیجه كلی برسیم و آن اینكه جهان ما دو بعد كلی و اصلی دارد :
1- بعد اول متریك فضا است كه به توان 3 میرسد و حجم را تشكیل می‌دهد . این ابعاد با هم منقبض و یا منبسط میشوند .
2- بعد دوم تایمیك یا زمانی است كه به نسبت بعد متریك ، كند و یا تند میشود .
در واقع چهار بعدی فضا - زمان نسبیت یك دو بعدی طول و زمان است كه به تناسب هم تغییر اندازه می‌دهند و ثابت این تناسب با توجه به رابطه مورد نظر :



میباشد كه نتیجه كلی و بارز آن ثابت اندازه گیری شدن سرعت نور تحت هر شرایطی است .
ولی در رسیدن سرعت سفینه به سرعت نور دو مشكل جدی روی می‌دهد :

1- اول اینكه آیا این سفینه میتواند به سرعت نور برسد ؟
2- دوم اینكه اگر فضاپیما به سرعت نور برسد ، جرمش بینهایت شده و مسلما انرژی آزاد شده از انفجار آن نیز بینهایت خواهد بود . آیا میتوان كل كیهان و یا حداقل بخشی از آن را به این روش نابود و ویران كرد ؟ و آیا این موضوع عقلانی است كه با استفاده از جرمی اندك به عنوان جرم سفینه و جرم سوخت راكتور شتاب ، كیهان و یا بخش نسبتا قابل توجهی از آن را تخریب و نابود كرد ؟ آیا قوانین ترمودینامیك در این رویداد نقض میشوند ؟

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


در نمودار فوق شتاب 10 متر بر مجذور ثانیه به ازای هر كیلوگرم از جرم سفینه در نظر گرفته شده است . آهنگ افزایش این توان همانند روند افزایش جرم است . اینك معادله توان راكتور شتاب دهنده سفینه را نسبت به افزایش سرعت بدست می‌آوریم .




P0R توان راكتور در حالت سكون سفینه و PR توان راكتور در حالت حركت فضاپیماست .



نمودار فوق برای توان بدست آمده از جرم یك كیلوگرم سوخت راكتور سفینه در حال حركت رسم شده است . اینك با مقایسه دو رابطه توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه در حال حركت و همچنین توان راكتور فضاپیمای در حال حركت :



نتیجه می‌گیریم كه آهنگ افزایش توان راكتور 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 راكتور شتاب دهنده فضاپیماست كه جهت مقایسه با یكدیگر از مبدا واحدی شروع به رسم شده‌اند . یعنی نه تنها راكتور سفینه برای رساندن سرعت فضاپیما به سرعت نور درمانده و عاجز نیست ، بلكه 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 .




اما مشكل دوم كه نگرشی انتزاعی به حقایق فیزیكی است !
تمامی قوانین و روابط وضع شده توسط انسانها در محدوده‌ای مخصوص به خود حاكم بوده و كارآیی دارند و شاید كند شدن زمان و كوتاه 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 اینكه ما در توان و انرژی راكتور شتاب دهند فضاپیما هیچ مشكل و كمبودی نخواهیم داشت .
به امید روزی كه فضاپیماهای اینچنینی طراحی و ساخته شوند و بشر به آرزوی دیرین خود یعنی سفر در اعماق كیهان آنهم با سرعت خیلی زیاد دست یابد و خود را از قید و بند محدودیتهای بوجود آمده رها كند . به هر حال نزدیك شدن و رسیدن به سرعت نور میبایست آزموده شود كه راكتورهای مولد انرژی و نیروی پیشران امكانات آزمایش را فراهم خواهند كرد . چرا كه با افزایش جرم و چگالی بر استحكام و مقاومت راكتور و سفینه نیز افزوده خواهد شد .

 




دیدگاه ها : نظرات
آخرین ویرایش: - -