يك روش پيشرانش كه اغلب براي مسافرت بين ستارهاي مورد بررسي قرار ميگيرد از بادبان بزرگي بهره مي گيرد. منظور اين است كه نور خورشيد كه به بادبان مي تابد نيرويي ايجاد مي كند كه كشتي را از خورشيد دور ميكند (شكل زیر)، همانطور كه باد قايق بادباني را به پيش ميراند. براي اينكه بيشترين نيروي ممكن به دست آيد سطح بادباني كه به طرف خورشيد است (الف) بايد مثل آينه درخشنده باشد، (ب) بايد سياه باشد، (پ) مي تواند درخشنده يا سياه باشد، زيرا براي هر نوع سطح نيروي يكساني به وجود مي آيد.
استدلال ـ تگرگ هايي كه به سقف اتومبيل ميخورد بر آن نيرويي وارد مي كند زيرا برخورد اندازه حركت آنها را تغيير ميدهد. فوتون اندازه حركت نيز دارند، از اين رو نظير تگرگ به بادبان نيرو وارد مي كنند.
براي يافتن نيرو از قضية ضربه ـ اندازه حركت كمك مي گيريم. اين قضيه حاكي از آن است كه وقتي بر جسمي نيروي خالصي اثر كند، ضربة نيروي مساوي با تغيير در اندازه حركت جسم است.
ضربه هاي بزرگتر براي بازة زماني معيني به نيروهاي بزرگتر مي انجامند. در نتيجه، وقتي فوتوني به بادبان مي خورد، اندازه حركت به علت نيرويي كه بادبان بر فوتون وارد مي كند اندازه حركت فوتون تغيير مي كند.
قانون كنش ـ واكنش نيوتون حاكي از آن است كه فوتون همزمان نيرويي با بزرگي مساوي ولي در جهت مخالف به بادبان وارد ميكند. همين نيروي واكنش است كه فضاپيما را به پيش مي راند و وقتي تغيير اندازه حركت پيش آمده براي فوتون بزرگتر باشد اين نيرو بزرگتر است. سطحي از بادبان كه به طرف خورشيد قرار دارد، بايد چنان باشد كه براي فوتون هاي برخورد كننده بيشترين تغيير اندازه حركت ممكن را باعث شود.
شرح شكل بالا- بادبان خورشيدي براي اين فضاپيماي بين ستارهاي پيشرانش فراهم مي آورد.
جواب هاي (ب) و (پ) درست نيستند. آيا ميدانيد وقتي تگرگ و باران به سقف اتومبيل برخورد مي كنند كدام يك نيروي بزرگتري وارد مي كنند؟
تفاوت در اين است كه تگرگ جسم منحني است و از سقف بالا ميجهد در حالي كه قطره هاي باران پاشيده مي شوند و واجهش زيادي ندارند. نتيجه ميگيريم كه به دليل واجهيدن تگرگ تغيير اندازه حركت بزرگتر نسبت به باران وجود دارد و از اين رو سقف به تگرگ نيروي بيشتري وارد ميكند. آنگاه از قانون كنش ـ واكنش نيوتون بر سقف اتومبيل از تگرگ نيروي بيشتري نسبت به باران وارد مي شود. تابش از سطح درخشان مثل آينه بازتابيده می شود و توسط سطح سياه جذب مي گردد. بنابراين، با مقايسه با قطره هاي باران كه به سقف اتومبيل مي چسبند وقتي سطح روبه روي خورشيد سياه باشد بادبان با نيروي كوچك تري مواجه مي شود.
پاسخ (الف) درست است. تابش خورشيد از سطح درخشان نظير آينه بازتابيده شده و جذب سطح سياه مي شود. حال، يك فوتون را در نظر ميگيريم كه به طور عمود به بادبان برمي خورد. وقتي فوتون از سطحي نظير آينه بازتابيده مي شود، اندازه حركت فوتون از مقدار آن در جهت جلو تا مقداري با همان بزرگي در جهت عكس تغيير مي كند. اين نسبت به وقتي كه فوتون توسط سطح سياه جذب مي شود تغيير بزرگتري است. در مورد اخير اندازه حركت فقط از مقدارش در جهت جول تا مقدار صفر تغيير مي كند. در نتيجه، سطح بادبان كه به طرف خورشيد است براي ايجاد بيشترين نيروي پيشران ممكن بايد درخشان باشد. يك سطح درخشان باعث مي شود تا فوتونها نظير تگرگ از سقف اتومبيل واجهيده شود و با اين كار نيروي بزرگتري به بادبان وارد گردد.
ارسال ها: 1819
شما باید یک عنوان و متن وارد کنید!