При какой скорости космического корабля масса продуктов питания

Задачи по физике (
ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
),
на тему

Релятивистский закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Закон взаимосвязи массы и энергии

Из пособия: ГДЗ к задачнику Рымкевич для 10-11 классов по физике, 10-е издание, 2006 г.

Сравнить время приема светового сигнала с одного расстояния, посланного с ракеты, если: а) ракета удаляется от наблюдателя; б) ракета приближается к наблюдателю
РЕШЕНИЕ

Элементарная частица нейтрино движется со скоростью света с. Наблюдатель движется навстречу нейтрино со скоростью v. Какова скорость нейтрино относительно наблюдателя
РЕШЕНИЕ

Две частицы, расстояние между которыми L= 10 м, летят навстречу друг другу со скоростями v = 0,6. Через какой промежуток времени по лабораторным часам произойдет соударение
РЕШЕНИЕ

Две частицы удаляются друг от друга, имея скорость 0,8c каждая, относительно земного наблюдателя. Какова относительная скорость частиц
РЕШЕНИЕ

С космического корабля, движущегося к Земле со скоростью 0,4c, посылают два сигнала: световой сигнал и пучок быстрых частиц, имеющих скорость относительно корабля 0,8c. В момент пуска сигналов корабль находился на расстоянии 12 Гм от Земли. Какой из сигналов и на сколько раньше будет принят на Земле
РЕШЕНИЕ

Какова масса протона, летящего со скоростью 2,4 * 108 м/с? Массу покоя протона считать равной 1 а. е. м
РЕШЕНИЕ

Во сколько раз увеличивается масса частицы при движении со скоростью 0,99c
РЕШЕНИЕ

На сколько увеличится масса α-частицы при движении со скоростью 0,9c? Полагать массу покоя а-частицы равной 4 а. е. м
РЕШЕНИЕ

С какой скоростью должен лететь протон (m0 = 1 а. е. м.), чтобы его масса стала равна массе покоя &aplha;-частицы (m0 = 4 а. е. м.)
РЕШЕНИЕ

При какой скорости движения космического корабля масса продуктов питания увеличится в 2 раза? Увеличится ли вдвое время использования запаса питания
РЕШЕНИЕ

Найти отношение заряда электрона к его массе при скорости движения электрона 0,8c. Отношение заряда электрона к его массе покоя известно
РЕШЕНИЕ

Мощность общего излучения Солнца 3,83 х 1026 Вт. На сколько в связи с этим уменьшается ежесекундно масса Солнца
РЕШЕНИЕ

Груз массой 18 т подъемный кран поднял на высоту 5 м. На сколько изменилась масса груза
РЕШЕНИЕ

На сколько увеличится масса пружины жесткостью 10 кН/м при ее растяжении на 3 см
РЕШЕНИЕ

Масса покоя космического корабля 9 т. На сколько увеличивается масса корабля при его движении со скоростью 8 км/с
РЕШЕНИЕ

Электрон движется со скоростью 0,8c. Определить полную и кинетическую энергию электрона
РЕШЕНИЕ

Чайник с 2 кг воды нагрели от 10 °С до кипения. На сколько изменилась масса воды
РЕШЕНИЕ

На сколько изменяется масса 1 кг льда при плавлении
РЕШЕНИЕ

Определить импульс протона, если его энергия равна энергии покоя α-частицы. Какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти протон, чтобы приобрести такой импульс
РЕШЕНИЕ

Найти кинетическую энергию электрона (в МэВ), движущегося со скоростью 0,6c
РЕШЕНИЕ

Ускоритель Ереванского физического института позволяет получать электроны с энергией 6 ГэВ. Во сколько раз масса таких электронов больше их массы покоя? Какова масса этих электронов (в а. е. м.)
РЕШЕНИЕ

Какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы его кинетическая энергия стала в 10 раз больше его энергии покоя? Начальную скорость электрона считать равной нулю
РЕШЕНИЕ

Найти кинетическую энергию электрона, который движется с такой скоростью, что его масса увеличивается в 2 раза
РЕШЕНИЕ

Найти импульс протона, движущегося со скоростью 0,8с
РЕШЕНИЕ

Источник

Тест по теме «Специальная теория относительности» Вариант 1.

Внимание: V – cкорость тел (частиц)

1. Кто из ниже указанных ученых является создателем специальной теории относительности (СТО)?
а) Арно Пензиас б) Альберт Майкельсон
с) Альберт Эйнштейн д) Джеймс Максвелл

2. В каких единицах измеряется энергия покоя тела (частицы) в СИ?
а) Дж б) Дж/кг с) Дж/м3 д) кг м /с

3. Укажите формулу Эйнштейна:
а) Е = m0 v2 б) Е = с m2 с) Е = д) Е = mс2

4. Какая из частиц не имеет массы покоя?
а) электрон б) фотон с) нейтрон д) протон

5. Тело (космический корабль) движется со скоростью 0,95 с. При этом его продольные размеры…
а) увеличиваются б) уменьшаются с) не изменяются

6. Космический корабль движется со скоростью 0,87 с. При этом его масса, масса космонавтов, масса продуктов питания увеличивается в 2 раза. Как изменится время использования запаса питания для космонавтов?
а) увеличится в 2 раза б) уменьшится в 2 раза
с) не изменится д) увеличится в раза

7. При нагревании тел их масса…
а) увеличивается б) уменьшается с) не изменяется

8. Частица, испущенная из космического корабля движется со скоростью v1. относительно корабля. Скорость космического корабля v. Чему равна скорость частицы v2 относительно Земли? v и v1 близки к скорости света.
а) v2 = v1 + v б) v2 = с) v2 = д) v2 =

9. Сколько времени свет идет от Земли до Плутона? Расстояние от Земли до Плутона 5,9 млрд. км. Ответ округлите до целых
а) 20 с б) 2000 с с) 2*104 с д) 2*105 с

10. Чему равна масса тела, движущегося со скоростью 0,8 с. Масса покоящегося тела 6 кг.
а) 10 кг б) 6 кг с) 4,8 кг д) 3,6 кг

11. Телу какой массы соответствует энергия покоя 9*1013 Дж?
а) 1 г б) 10 г с) 100 г д) 1 кг

12. * Во сколько раз увеличивается масса частицы при движении со скоростью 0,99 с? Подсказываю: 0,992 = 0,98, =0,14. Ответ округлите до десятых

а) 1,4 б) 1,7 с) 2,3 д) 7,1 е) 71

13* С какой скоростью должна лететь ракета, чтобы время в ней замедлялось в 3 раза?
а) 2,77*108 м/с б) 2,8*108 м/с с) 2,83*108 м/с
д) 2,89*108 м/с е) 2,96*108 м/с

Тест по теме «Специальная теория относительности» Вариант 2.

Внимание: V – cкорость тел (частиц)

1. В каком году была создана специальная теория относительности?
а) 1875 б) 1905 с) 1955 д) 1975

2. В каких единицах измеряется импульс тела (частицы)?
а) Дж/м б) Дж / кг с) кг м / с д) кг м / с2

3. Укажите формулу релятивистской массы:
а) m = б) m = m0 с) m = д) m = m0

4. Чему равна скорость света в вакууме?
а) 300 000 м/с б) 300 000 км/ч с) 300 000 км/с д) 3*108 км/с

5. Тело или частица движется со скоростью, близкой к скорости света. При этом ее масса относительно неподвижного наблюдателя…
а) увеличивается б) уменьшается с) не изменяется

6. Космический корабль движется со скоростью 0,5 с относительно Земли. Из космического корабля испускается световой сигнал в направлении движения корабля. Чему равна скорость светового сигнала относительно Земли?
а) 0,5 с б) с с) 1,5 с д) с

7. В космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света время…
а) идет быстрее б) идет медленнее
с) на Земле и космическом корабле время идет одинаково.

8. Если элементарная частица движется со скоростью света, то …
а) масса покоя частицы равна нулю
б) частица обладает электрическим зарядом
с) на частицу действует гравитационное поле Земли
д) частица не может распадаться на составные части

9. Сколько времени свет идет от Земли до Меркурия? Расстояние от Земли до Меркурия 58 млн км.
а) 0,02 с б) 100 с с) 200 с д) 1000 с

10. Длина покоящегося стержня 10 м. Чему будет равна его длина при движении со скоростью 0,6 с?
а) 6 м б) 8 м с) 10 м д) 16 м

11. Найдите энергию покоя электрона.
а) 8,1*10-14 Дж б) 8,1*10-16 Дж с) 2,7*10-15 Дж д) 2,7*10-22 Дж

12* С космического корабля, удаляющегося от Земли со скоростью 0,75 с, стартует ракета в направлении движения корабля. Скорость ракеты относительно Земли 0,96 с. Какова скорость ракеты относительно корабля?

а) 0,75 с б) с с) 0,8 с д) 0,85 с е) 0,96 с

13* Ракета движется со скоростью 0,968 с. Во сколько раз отличается время, измеренное в ракете, от времени, измеренного по неподвижным часам?
а) 5 раз б) 4 раза с) 3 раза д) 2 раза е) 1,5 раза

Правильные ответы к тесту.

№1

№2

№3

№4

№5

№6

№7

№8

№9

№10

№11

№12

№13

1 вариант

2 вариант

Источник

Это один из довольно часто задаваемых вопросов. Иногда спрашивают можно ли разогнать ракету до скорости света и тому подобное. В этой статье я подробно отвечу на этот вопрос.

Запуск ракеты Atlas-V. Источник: popsci.com

Проблема ракеты как способа передвижения состоит в том, что все свое топливо ракета должна нести с собой. При этом чем топливо будет тратиться не только на ускорение самого космического корабля, но и на ускорение самого топлива. Т.е. если мы хотим взять дополнительную тонну топлива, то в реальности понадобится взять больше – так как эту тонну тоже нужно будет везти с собой.

Источник: spacex.com

Все это описывается ракетным уравнением, которое вывел Константин Циолковский.

Ракетное уравнение Циолковского

Где Δv — разница в скоростях (например если разгоняться с 0 до 100 км/с, то Δv — 100 км/с). I — удельный импульс двигателя, а m₀ и m₁ – массы ракеты в начале и конце путешествия.

Максимальный удельный импульс современных ракетных двигателей равен примерно 5000 м/с. В качестве массы полезной нагрузки ракеты возьмем массу 15000 килограмм. Именно столько весил лунный модуль:

Лунный модуль. Источник: nasa.gov

Таким образом полная масса космического корабля на старте m₀ будет равна 15000 кг + масса топлива, которое мы планируем использовать.

Давайте для разминки посчитаем скорость, которую можно достичь, если масса топлива будет равна массе полезной нагрузки, т.е. m₀ = 15 000 кг + 15 000 кг = 30 000 кг.

Расчет для массы топлива 15000 килограмм.

Легко убедиться, что в этом случае удастся достичь скорости всего-лишь 3465.74 м/с.

Увеличим количество топлива в 10 раз. Подставим в формулу и мы легко убедимся, что с количеством топлива 150 000 кг ракета сможет достичь скорости 11 989.5 — практически вторая космическая скорость!

Окей, это все полумеры. Давайте увеличим количество топлива в 10 000 раз! Подставляем значения в формулу и получаем: 46 052 м/с.

Добавим еще горючего. Положим мы используем в качестве горючего все разведанные запасы углеводородов на Земле. Тогда у нас 182×10¹² кг горючего и они дают нам скорость 116 096 м/с. Как-то маловато. Это примерно 0.038% скорости света.

Если использовать всю массу Земли как топливо, то получится достичь скорости 237 122 м/с. Если взять массу солнечной системы: 300 774 м/с. Чего уж там мелочиться, возьмем примерную массу наблюдаемой вселенной (10⁵³ кг): со всей вселенной в качестве топлива корабль разгонится всего лишь до 562 105 м/с. Это 0.2% скорости света.

Почему так?

Да потому, что удельный импульс ракетных двигателей очень мал по сравнению со скоростью света. Для того, чтобы достигать релятивистских скоростей нам нужны двигатели удельный импульс которых будет сравним со скоростью света. Хорошим кандидатом может быть например термоядерный ракетный двигатель. По теоретическим подсчетам его удельный импульс будет примерно в районе 10-11% скорости света.

Другим возможным вариантом является использование реакции аннигиляции материи и антиматерии и выделяемой при этом энергии для получения импульса. Двигатель работающий на антивеществе мог бы давать удельный импульс в районе 90-95% скорости света.

Двигатель Бассарда. Источник: wikipedia.org

Другим возможным способом преодоления ограничения ракетной формулы Циолковского состоит в том, чтобы космический корабль не тащил с собой топливо.

Так например предлагается ускорение космических кораблей со световыми парусами с помощью стационарных лазеров или “дозаправка” космического корабля межзвездным газом и пылью встречаемыми им в полете. Такой подход используется в теоретически разрабатываемом сейчас межзвёздном прямоточном двигателе Бассарда, хотя на мой взгляд там есть несколько теоретических проблем, которые вряд ли удастся обойти.

Источник

Андрей

25 января 2018 · 229,9 K

Масса Земли – 5, 972 *10^24 кг.
Такая масса формирует привычную нам силу тяжести в 1 g.

Ключ к успеху – заложить такую массу как балласт в космический корабль.
Гуглим самое плотное вещество – получаем изотоп Осмия, плотность которого 22610 кг/м3

Отсюда объём необходимого Осмия – 5,972*10^24 / 22610 = 2,641*10^20 м3

Положим, что корабль сферический, как Звезда Смерти.

Тогда диаметр космического корабля = 2*коренькуб((3*объём)/(4*π)) = 7960 км.

Но и это ещё не всё! (спасибо Константину Виноградову за замеченный косяк)

При таком диаметре и массе сила притяжения 1 кг будет порядка 25 ньютонов, хотя нужно получить необходимые 9,806 Ньютонов

Уменьшим диаметр в 2,566 раза – получим как раз заветные 9,806 Н

В итоге получаем сферу диаметром 3102,1 км.

Для сравнения, диаметр Земли – 12 742 км.

В корабле должны быть некие пустоты для жилых отсеков, оборудования и запасов. В итоге суммарная плотность корабля… Читать дальше

Чем больше водки,тем сильнее гравитация!От массы тела не зависит.Проведено множество экспериментов.Если влить в космонавта литр водки,он упадет на пол даже в невесомости!А еще очень интересно,что испытывали астронавты при полете на Луну?Когда не падали на орбите,а двигались в сторону Луны?Нигде не нашел ответа на этот вопрос!

В этот момент астронавты испытывали стыд и боль за страну, находясь на съёмках в павильоне Стенли Куобрика.

А зачем вообще создавать на космическом корабле гравитацию или имитацию гравитации в виде центрифуги? Достаточно просто разгонять его равноускоренно с ускорением, например, 9 м/с2 в течении первого года полета и люди будут чувствовать себя вполне комфортно. Далее все ложаться в анабеоз и тогда гравитация вообще не нужна, а за год до прилета, корабль… Читать далее

Можно находиться и в анабиозе, но кто-то должен что-то делать на корабле. Для того, чтобы создавать постоянное… Читать дальше

Некорректный вопрос. Во-первых гравитация обуславливается массой, а не размером (уж не говоря о том, что мы вообще слабо представляем природу этого явления). Во-вторых непонятно какая гравитация будет в центре массивного тела (к примеру в глубине Земного ядра), Ньютоновский закон для материальных точек, если мне не изменяет память, а это существенная… Читать далее

Единственное здравое разъяснение. В итоге так и будет лет через 500-600.

Чтобы на корабле была гравитация без центрифуги, при этом сила её была привычной 1g, то таким кораблём может быть только собственно сама планета со всеми ресурсами.

Пока не научимся управлять массой вещества полеты в дальний космос нам закрыты. Превысить скорость света можно только при минусоовой массе самого обьекта движения. Все химические ядерныые фотонные двигатели это как на пироге туземцев добираться до луны.

эйнштейн никак не доказал что скорость света максимальна и ее нельзя превысить. все теоретические выкладки пусть… Читать дальше

В вопросе межзвездных путешествий надо решить целый ряд проблем:
1. Гравитация (теоретически можно использовать центрифугу)
2. Космическая радиация (теоретически можно использовать мощный источник электромагнитного излучения на корабле, но это вредно для здоровья людей)
3. Энергия – а где брать энергию, чтобы двигаться дальше? Даже ядерный реактор… Читать далее

а если реактор на антивеществе?его и меньше на проядки нужно-это раз,два для защиты экипажа постоянное ел.поле не в… Читать дальше

Вообще ответ на вопрос любого т.к. гравитация будет в любом случае, но для интереса примем необходимую гравитационную постоянную за 10м/с^2
Из учебника физики гравитационная постоянная:
g=G* M/r^2
Из учебника геометрии объем:
V=4/3П*r^3
Масса:
M=V*p
для случая с самым плотным металлом (осмий)
p=22600 кг/м^3

Подставляем цифры
10= 6,674484(78) х… Читать далее

Начало ответа – прекрасное! Стоимость- такое же смешное допущение, как и планета из осмия…. Ведь даже если… Читать дальше

Если хотим получить гравитацию как на Земле, то корабль тоже должен быть примерно такого же размера.

Это же элементарно, к чему этот вопрос ?

Строим центрифугу и не паримся.

Рагозин уже решил эту проблему, он вы красит ракету в гжель и хохлому и гравитация будет невьебенная ????

А зачем гравитация на космическом корабле? Она там нахрен не нужна…
Работа в космосе есть и будет связана с огромным риском смертей и травм в следствии различных аварий и несчастных случаев. И усугублять их естественно,никто не будет. Кроме того,это максимально усложнит всевозможные работы,транспортировку,перемещения грузов.

Искуственная… Читать далее

Почему на МКС невесомость, а в самолете ее нету? Какой высотой определяется невесомость? Есть какая то определенная точка?

IT, телеком, телефония, базы данных, интеграционные решения, естествознание…

1. «Весомость» vs невесомость

Видите ли, проблема понимания невесомости коренится в непонимании «весомости». Когда что-то сколько-то весит, то это значит, что весы давят на этот предмет снизу так, что движение вниз под действием силы тяжести прекращается. (Ставим качан капусты на весы и чаша весов идёт сначала вниз, но потом останавливается, и в этот момент весы показывают то, что мы называем «вес»). Не даром измерение веса обычно происходит в покое. При этом не только весы находятся в покое. Обычно при взвешивании ребёнку на напольных весах велят стоять смирно. А как весело было бы не только попрыгать на весах, но и кабинет педиатра устроить в лифте! Тогда в момент старта с первого этажа, пока идёт набор скорости, весы показывали бы заметно больше; а потом при остановке — заметно меньше. В падающем лифте весов ногами не достать они убегают точно с таким же ускорением, как и взвешиваемый объект.

Ощущение собственного веса при ходьбе — это именно ощущение того, как пол давит на наши ноги, препятствуя нашему движению к центру Земли. Вот и выходит, что при свободном падении веса нет.

2. А как же с МКС?

Вот Вы возражаете в комментариях, мол, МКС, не падает… Тут у Вас ошибочка. Секрет непонимания кроется в стереотипе, что ускоренное движение, это когда скорость увеличивается. Это справедливо только для прямолинейного движения, когда сила направлена вдоль скорости. (Это было бы исчерпывающей картиной только для одномерного мира.) Ускорение может выражаться в изменении не модуля скорости, а направления. Ускорение, это когда скорость меняется. А в двух- и трёхмерном пространстве изменение направления — это тоже изменение скорости. Криволинейное движение с вроде бы постоянной скоростью — это тоже движение с ускорением. Ровно это и происходит с МКС и спутниками. Движение спутника — это движение под действием силы притяжения. То есть движение МКС — это падение. Но, во-первых, сила прятяжения направлена перпендикулярно скорости, а, во-вторых, скорость по модулю такова, что за каждый момент времени угловое перемещение относительно центра Земли составляет ровно столько же градусов, на сколько меняется угол вектора скорости. Это и есть движение с первой космической скоростью по круговой орбите. Если бы не трение, не приливное взаимодействие, и не возмущения от гравитационных полей соседних объектов, и не гравитационные волны, то такое движение могло бы быть вечным.

3. А в далеке от галактик?

Если покинув галактику улететь в глубокое межзвёздное пространство, то там тоже будет невесомость, но связана она будет уже не с тем что взвешиваемый объект, и весы падают в одном направлении, а как раз с тем, что падать некуда.

Прочитать ещё 5 ответов

На каком расстоянии от Земли гравитация ослабевает?

Мои интересы: разнообразны, но можно выделить следующие: литература, история…

Сила притяжения Земли ослабевает обратно-пропорционально квадрату расстояния. Следовательно, если мы поднимемся над Землей на высоту радиуса земного шара (6 370 км), то сила притяжения уменьшится в 4 раза. При удалении от центра Земли на 3 радиуса, притяжение уменьшатся в 9 раз и т. д.

Прочитать ещё 2 ответа

Почему в фантастических фильмах двигатели космических кораблей включены во время полёта? Разве для равномерного движения недостаточно включить их один раз?

4 ответа · Кино

Предположим, что я создал свой космический корабль и улетел на нём в космос, что меня ждёт по возвращению на Землю, на законодательном уровне?

9 ответов · Технологии

Возможно ли, совершая прыжок с космической станции (допустим, МКС), имея скафандр и парашют, не сгореть в атмосфере и успешно приземлиться?

48 · 43 ответа · Технологии

Почему объект в вакууме не может разогнаться выше второй космической?

3 ответа · Наука

Как Илону Маску удалось создать ракеты лучше, чем у государства? Где он смог найти учёных умнее, чем в НАСА, Боинг, Роскосмосе и почему они на него работают?

3 · 11 ответов · Наука

Источник