¿Las armas láser tendrían un retroceso significativo?

Estaba holgazaneando en Reddit el otro día cuando me encontré con una discusión sobre cómo las pistolas láser en Warhammer 40,000 tienen un retroceso apreciable, lo suficiente como para describir un rifle de francotirador láser con una patada lo suficientemente fuerte como para dejar un moretón en el hombro. Ahora sé que 40k juega rápido y suelto con las leyes de la física, incluso en comparación con la mayoría de las series de ciencia ficción, pero esto me pareció increíble incluso a mí. Tenía entendido que las armas láser no tendrían retroceso ya que los fotones no tienen una masa apreciable, solo un impulso, o la cantidad de fuerza que aplicarían al disparador sería absolutamente minúscula. Tampoco he oído hablar mucho de que los láseres de la vida real hayan tenido un retroceso significativo.

Lo que es más sorprendente es que nadie en los hilos reales parecía poder averiguar si las armas láser tendrían un retroceso apreciable. Tanto en la discusión como en otra publicación de blog vinculada, la gente propone todo tipo de explicaciones diciendo "sí, tendría retroceso", "no, no tendría retroceso" o "sí, pero el retroceso sería leve", y es difícil saber cuál. son exactos a la física de la vida real. Los enlaces se publican a continuación si alguien está interesado en las explicaciones reales dadas.

https://www.reddit.com/r/40kLore/comments/kc3ddl/why_do_lasguns_have_recoil/ http://thevirtuosi.blogspot.com/2010/04/today-id-like-to-approach-question-near.html? metro=1

Entonces, mi pregunta aquí es: ¿ un arma láser tendría un retroceso significativo o no ? Y con esto me refiero a un arma láser real, no a una pistola de partículas disfrazada de láser o mal identificada como uno como los blasters de Star Wars.

El retroceso se debe a la conservación de la cantidad de movimiento. El impulso impartido a los proyectiles (balas, balas de cañón, fotones, no importa) debe ser igual al impulso opuesto impartido al arma. Entonces, sí, un cañón láser tendrá cierta cantidad de retroceso, que se puede calcular fácilmente. Pero no vale la pena mencionarlo, a menos que estemos hablando de un arma de poder enorme; tan enorme que haría que cualquier problema de retroceso fuera completamente irrelevante.
Dejaré que alguien más ponga los detalles en una respuesta, pero si un rayo láser basado en tierra puede empujar una nave espacial ( por ejemplo, esta Q ), y si asumimos que la tercera ley de Newton sigue siendo válida, entonces sí, empuja suficientes fotones. de tu rifle y te tirará de culo. Si esto no es cierto, la tercera ley de Newton de alguna manera no se aplica o los láseres nunca se pueden usar para empujar naves espaciales.
@JBH: Las naves espaciales pueden ser empujadas por fuerzas ridículamente pequeñas. Por ejemplo, los propulsores de iones a bordo de los satélites Starlink producen un empuje máximo de unos 20 milinewtons . Eso es lo suficientemente bueno como para permitir que los satélites eleven sus órbitas desde la órbita de estacionamiento donde se entregan a la órbita operativa (les toma alrededor de un mes acumular un delta-v de aproximadamente 58 metros/segundo), para mantener la estación en la órbita operativa. , y para salir de órbita al final de la vida. Incluso una pequeña aceleración puede tener resultados espectaculares si se mantiene durante mucho tiempo.
Satélites @AlexP... Llegar de la Tierra a Marte en un año es de unos 5.000 m/s. A 20 mN, se necesitarían alrededor de 7 años orbitando la Tierra para alcanzar esa velocidad, y estoy bastante seguro de que no pueden entrar en la órbita de Marte con ese pequeño empuje. Y realmente no cambia mi punto. Si puede usar la luz para producir empuje , entonces, a menos que no se aplique la tercera ley, es solo una cuestión de escala producir retroceso.
@AlexP: ¡Eso está completamente mal! Las armas láser no dañan por impacto cinético del proyectil, sino por calentamiento del objetivo.
@vsz: ¿Y dónde dije lo contrario? Hablaba del retroceso, que se puede calcular fácilmente a partir del impulso de los fotones emitidos por el láser. No dije nada en absoluto sobre los efectos del láser sobre el objetivo.
En el momento en que su potencia de salida sea lo suficientemente alta como para poder medir el retroceso (mucho menos preocuparse por eso), deberá preocuparse por otras cosas. Como la completa desintegración bariónica de toda la materia en el haz de luz.
Entonces, ¿estamos hablando básicamente de fásers de Star Trek (TNG en adelante)? Star Trek original tenía proyectiles discretos, similares a los blásteres de Star Wars, pero a partir de TNG, se convirtieron en un haz sólido. Y, en particular, no tenían ningún retroceso notable, por lo que pensaron en eso.
FWIW hay un láser de 200 W que no parece tener ningún retroceso apreciable youtube.com/watch?v=IzUoe-9bKa0
@AlexP: O algo más práctico para viajes interplanetarios, los 3 propulsores de la nave espacial DAWN produjeron cada uno la friolera de 90 mN de empuje, suficiente para acelerarlo de 0 a 60 mph en cuatro días :-) (Según Wikipedia: en.wikipedia . org/wiki/Dawn_(spacecraft)#Propulsion_system ) Del mismo modo, la aceleración proporcionada por una vela solar de 800x800 m (en la órbita de la Tierra) es de aproximadamente 5 N. Condénselo en un "hocico" de 1 cm. y tiene una densidad de energía de aproximadamente 3x10 ^ 10 la del sol que da un retroceso de 5 N.
@jamesqf: Como diría el propio St. Elon , ¡esa es una aceleración ridícula!
Usted está asumiendo que ta 40k Lasgun es un sistema láser puro y nunca he estado tan seguro al respecto.

Respuestas (5)

No, si bien habría retroceso, no es suficiente para ser perceptible. Por ejemplo, según https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pression#Solar_radiation_pression , la presión de radiación del Sol sobre un metro cuadrado es de 10 μN. Entonces, un láser con 100 000 veces la potencia del sol sobre un haz de un metro cuadrado o 1 000 000 000 veces la potencia del sol sobre un haz de un centímetro cuadrado solo generaría 1 N de fuerza, que es aproximadamente la misma fuerza que sostener 1 manzana en la mano. .

[EDITAR] AlexP trae buena información adicional en un comentario. La energía del Sol en 1 metro cuadrado es de ~1360 Watts. Conectándolos a nuestro haz de energía hipotético de 1,000,000,000x arriba, eso es 136 MW. Un megavatio es un megajulio por segundo y un megajulio equivale aproximadamente a la energía de un cartucho de dinamita. Por lo tanto, mantener este rayo hipotético durante un segundo envía 136 cartuchos de dinamita al objetivo cada segundo para una fuerza de retroceso máxima de 1 N. Eso es mucho más poderoso que un "rifle de francotirador láser" ficticio.

Mil millones de veces la potencia del Sol en 1 centímetro cuadrado es de unos 136 MW. (Lo cual es útil saber, para tener una idea sobre los requisitos de potencia y sobre los efectos). Los láseres con potencias de impulso del orden de 1 PW (7 órdenes de magnitud más altos) existen en la vida real. Afortunadamente, los impulsos son muy muy cortos...
Hmmm... la presión de la luz es insignificante, pero si es un láser químico, ¿qué pasa con los productos de escape de la reacción que generó la energía? Supongo que tendrían que ventilarse en alguna dirección, y "hacia el enemigo" es probablemente lo más seguro. (Reconozca que las armas antiblindaje "sin retroceso" de la vida real tienen un área de peligro en la parte trasera de la explosión trasera).
Usted describe en términos de la ley de conservación de la energía. Pero también existe la ley de conservación del impulso. Sería bueno agregar sobre el impulso. Solo de Wiki : en términos técnicos, el retroceso es el resultado de la conservación del impulso.
¿Podría agregar datos relacionados con las armas de fuego de (Wiki) [ en.wikipedia.org/wiki/Recoil#Perception_of_recoil] ? Permitiría una comparación directa en términos de fuerza y ​​energía de retroceso.
El láser a mi lado ahora tiene una potencia máxima de 1 algunas decenas de MW. Como dice @AlexP, esto se debe a que los pulsos son cortos (ps). Cada pulso transporta tanta energía como la caída de un grano de arena desde unos pocos centímetros.
Esta arma hipotética entregaría una cantidad tan explosiva de energía al final de su cañón y no al objetivo. Suponiendo que haya una atmósfera, luego de un breve momento, el láser convertirá el aire frente al cañón en un plasma opaco que absorberá la mayor parte de la energía del disparo. Supongo que 136 cartuchos de energía de dinamita explotando al final de su arma darían como resultado un retroceso sentido :) La forma estándar de resolver esto (aparte de múltiples emisores) es usar un pulso láser mucho más corto que entrega la energía antes Se puede formar plasma pero tendría un retroceso más agudo.
También hay efectos secundarios a considerar, incluso si usa láser de pulso, el calentamiento rápido del aire frente al cañón daría como resultado que el aire se expanda explosivamente, lo que provocaría un retroceso sentido o tendría que ser redirigido de manera segura. de manera similar a cómo funcionan los frenos de boca.
Tus números están un poco apagados. Es una consecuencia directa de E = mc^2 que (para la luz) un haz de 300 MW ejercerá 1 N de fuerza.

Un láser no tendría suficiente retroceso para afectar su puntería. Dependiendo de las necesidades de su historia, puede haber varias causas secundarias para el retroceso. Quizás "movimiento impartido" sería un nombre más exacto.

  • El proyector láser tiene espacios en el interior que están abiertos al aire. A medida que el láser pasa, el aire se calienta, se expande y quiere evacuar a través de los orificios disponibles. Cualquier humedad en el aire se gasificará y expandirá, creando esencialmente un chorro de vapor. Si la única abertura es el "bozal", entonces ahí es donde irá el aire caliente y expandido, proporcionando una fuerza hacia atrás desde el haz. Posiblemente una sorpresa para un protagonista que acaba de salir de un río o una tormenta y ahora tiene agua dentro de su arma.

  • El láser tiene algún tipo de sistema de enfriamiento, quizás a base de líquido, lo que significa una bomba para hacer circular el fluido a través de un radiador y regresar a la pistola para enfriarlo nuevamente. Es posible que la bomba tenga un "golpe" giratorio al arrancar en oposición a la dirección en la que gira. Un arranque suave en el motor de la bomba mitigaría esto.
    También podría tener inercia en el líquido que fluye o ventiladores, que proporcionan un efecto de precesión al intentar girar el arma. No del todo retroceso, pero podría ser un efecto perceptible.

  • Si necesita algún consumible original, por ejemplo, el haz principal es un proyector de rayos sobrecargado en Lensman y necesita ser reemplazado como una bombilla de flash de cámara, entonces el mecanismo de movimiento para expulsar y cargar uno nuevo puede tener retroceso. Esto también te permite usar tropos como estar "sin munición" más que "batería descargada".

bueno... los láseres, siendo los devoradores de energía que son, pueden necesitar baterías como munición
Una más: la cantidad necesaria de energía repentina y enfocada solo puede crearse como resultado de una pequeña explosión. Piense: dispositivos EMP de la vida real (EPFCG).
También me gusta la idea de que el retroceso sea una opción de experiencia de usuario deliberada, porque los consumidores no sentían que su arma era lo suficientemente poderosa o no tenían suficiente retroalimentación al disparar, por lo que mantuvieron la experiencia del arma de proyectiles, similar a cómo la gente ahora fabrica automóviles con ruidos de motor falsos
@SimonFraser que merece ser una respuesta en sí misma. Los votos a favor en los comentarios son irrelevantes, solo importan las respuestas.

Es un láser bombeado por explosivos y los productos calientes de la combustión se ventilan principalmente en la dirección del fuego después del disparo. Se intenta equilibrar la ventilación y limitar el retroceso percibido mediante el uso de diferentes variaciones de frenos de boca, pero aún queda algo.

Retroceso: SI. Medible? NO

En cuanto a empuje/retroceso, su arma láser es solo un cohete de fotones.

Hay una regla muy simple para un cohete de fotones: 300 MW/N

Esto significa que un arma de fotones de luz de 300 megavatios impartirá un retroceso de 1 Newton (3,6 onzas)

Y eso se aplica solo mientras está disparando continuamente.

¿Qué tan fuerte es el haz continuo de 300MW? Una cortadora láser industrial funciona a unos 5000 W, para cortar acero inoxidable de 1,3 cm. Su rifle láser ya es 60 000 veces más fuerte que eso. Y para eso, tiene 3.6 onzas de retroceso.

Uno debe tener en cuenta que la única razón por la que el cortador láser funciona es porque está MUCHO MUCHO más cerca de su objetivo de lo que el enemigo estaría de su rifle. Y a menos que la pelea fuera en vacío absoluto, habría pérdidas muy grandes en la atmósfera. Además, el haz continuo de 300 MW necesitaría algunos sistemas de enfriamiento bastante serios, que muy bien podrían producir fuerzas serias.

Mover esto a una respuesta como lo sugiere Criggie

Una de las razones por las que un arma láser podría tener retroceso es por la experiencia del usuario, en mayúsculas, porque es una elección de diseño.

Vivimos en un mundo donde los automóviles tienen ruidos de motor cuidadosamente diseñados, las aspiradoras son más ruidosas de lo necesario porque las personas consideran que las silenciosas son menos efectivas y las personas eligen interfaces de usuario táctiles que brindan retroalimentación real.

No es exagerado imaginar que para las personas que usan armas de proyectiles, no se siente bien disparar algo sin retroceso y sin efecto visible. Si se incorpora la retroalimentación física, hará que la gente piense que es más eficaz y, por lo tanto, vende más.

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