功能悖论?
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cruiser3a 楼主
好吧最近总是问些无聊的问题。
设有一种用于实验的宇宙飞船,它在空间里使用化学燃料进行推进,推进器的能量转化效率已知。每次经过实验观测点时,飞船点燃一包燃料从而为自己加速。假设一个燃料包的燃料剂量是恒定的,也就是每次点燃燃料包释放出相同的化学能。
那么问题来了——
第一次实验飞船以速度v通过观测点,同时点燃一包燃料将自己加速到2v。我们知道燃料做功为 E1=3mv^2/2(为简化计算假设燃料无质量)。
第二次实验飞船以速度2v通过观测点,同时点燃一包燃料将自己加速到3v(由于不存在其它里力的作用,根据动量定理这应该是合理的)。我们知道燃料做功为 E2=5mv^2/2
现在问题来了,明显E2>E1,也就是说飞船以更快的速度通过观测点时,燃料推进多做了功。但是因为每次转化的化学能肯定是恒定的——多余的能量哪里来的?
2013年06月06日 01点06分 1
level 11
照你这么加下去岂不是超光速了?
2013年06月06日 01点06分 2
v<<<c,先不考虑相对论效应。
2013年06月06日 01点06分
level 6
问题是,在点燃一包,能加速到3v吗?好像不行哦!
2013年06月06日 01点06分 3
从受力分析来看没什么问题,两次通过的变量条件只有速度是不同的,但速度并不影响加速度。这个你应该理解吧?而且相对速度只取决于参考系的,你换个参考系速度是不同的,从这一点来说,只要满足v<<<c,速度的具体数值就没有太大的意义。
2013年06月06日 01点06分
level 11
没考虑喷射出去的燃料的动能,
(假设燃料无质量是没有道理的. 因为动量守恒,飞船正向加速,必然有燃料反向加速)
E1=3mv^2/2,而实际上释放的化学能只有一部分变成了E1,另一部分变成燃料的动能
2013年06月06日 01点06分 4
回复 cruiser3a :两次做功均为mv^2,这就对了~
2013年06月06日 02点06分
回复 cruiser3a :看来只要考虑燃料质量,那么得到的能量值就是恒定的了。但是对飞船本身来说,还是在高速时获得的能量更大,低速时很大一部分能量被燃料运动消耗了。
2013年06月06日 02点06分
回复 cruiser3a :也不一定,飞船动能增量最大,则要求燃料包被放出后动能最小
2013年06月06日 02点06分
回复 _昕0昕_ :根据动量定理是那样,不过显然需要考虑发动机功率
2013年06月06日 02点06分
level 9
这多余的能量不就是参考系变换变换出来的么?
2013年06月06日 02点06分 5
两次实验相当于一次实验但是在两个参考系中观察,不同的参考系中能量一般就是不同的
2013年06月06日 02点06分
level 12
燃料的质量恐怕不能忽略。所谓能量守恒是整个系统的守恒。如果抛出一个质量为零的物体(化学能的作用无非是把燃料向后抛出,跟有人使劲向后扔东西没有本质区别,对后一种情况我们的分析也不会因为人这台复杂的生物引擎而变得不正确)可以让飞船加速,那么能量是不可能守恒的。
而如果把两次加速看成扔出两个燃料包,相信很容易算出整个系统能量守恒。
2013年06月06日 04点06分 6
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