¿Hacia dónde va la energía mecánica en un cohete que vuela en un espacio sin referencia?

Los cohetes funcionan expulsando gases de escape a alta velocidad que, por conservación del impulso, hacen que el cohete se mueva en la dirección opuesta. Dado que no hay fuerzas externas que actúen sobre el sistema de escape del cohete, su centro de masa proporciona un marco de referencia inercial. Este es el marco de referencia en el que podemos medir el cambio en la energía cinética del cohete (y el escape).

Cuando disparas un arma, sientes el retroceso , porque el impulso impartido sobre la bala debe tener un impulso igual y opuesto impartido sobre el cuerpo del arma. En resumen, aprietas el gatillo, la diminuta bala sale disparada hacia adelante, y tú y el arma juntos como un solo sistema obtienen un impulso igual distribuido sobre la masa mucho más grande que te empuja hacia atrás.

Un cohete funciona con el mismo principio, excepto al revés. En lugar de aplicar fuerza al arma como efecto secundario de aplicar fuerza al proyectil (la bala), se aplica fuerza al proyectil, en este caso los gases de escape, como efecto secundario de aplicar fuerza al cohete. Los gases se disparan hacia abajo con un impulso igual y opuesto al del cohete, que se dispara hacia arriba, suponiendo que estés tratando de llevar tu cohete al espacio.

Esta pérdida de masa de escape es lo que permite que un cohete se mueva, sin lo cual tendrías razón, y habría algunas dificultades para explicar el movimiento del cohete dentro de los límites de la mecánica newtoniana.

En cuanto al marco de referencia, puede adjuntar su marco al propio cohete, en cuyo caso tiene un marco de referencia inercial que debe tener en cuenta la pérdida de masa por el escape. O puede ser un poco más aventurero y conectar su armazón a los gases de escape, lo cual es válido si se hace por pequeños períodos de tiempo, pero mucho más difícil si desea tener en cuenta el tiempo total que el cohete está en movimiento. O puede conectar su marco a un punto en el espacio donde el cohete tiene un movimiento dado, y notará que se aplican dos momentos iguales y opuestos al cohete que va en una dirección y los gases en la otra, aunque claramente los gases lo harán. estar viajando a una velocidad mucho mayor. ¡De ti depende hasta dónde quieras llevarlo!

Finalmente, para abordar su última pregunta, su universo vacío comienza con un cohete, completo con el combustible que luego quemará y expulsará como gases de escape. Estos gases no desaparecen del universo tan pronto como salen del cohete, y te quedas con un universo casi vacío, que contiene un cohete y un montón de gas que se mueve rápidamente. Eso es lo que te estás perdiendo.

Fue a la energía cinética del escape del cohete.