Pérdida de masa en el espacio

Intentaré una respuesta, aunque alguien que conozca las realidades del terreno precisas probablemente mejorará mi respuesta.

Haces un muy buen comentario acerca de que la velocidad se mantiene constante SI la nave espacial puede tratarse como un sistema cerrado. Ese es el único punto del que debemos preocuparnos.

Naturalmente, la atmósfera dentro de una nave espacial debe mantenerse (en los valores que pueden soportar los seres humanos). Si solo fuera un caso de llenar el transbordador una vez con$21 \%$oxígeno y al acabar con él, los astronautas seguirían consumiéndolo para que bajaran sus niveles, y porcentaje de${\rm CO}_2$seguiría aumentando. Eso no es deseable y en una descripción simplificada, uno puede evitar esto eliminando${\rm CO}_2$a través de una reacción química con hidróxido de litio${\rm LiOH}$. (Por cierto, este es un uso bastante común de${\rm LiOH}$, como un depurador de dióxido de carbono en los sistemas de purificación de la respiración, como se puede ver aquí .) Después de la reacción, estos "recipientes" se pueden almacenar y desechar más tarde. Todo el exceso de agua (es decir, descontando la variedad potable) se dirige a los tanques, que nuevamente pueden eliminarse más tarde. El exceso de calor se maneja convirtiéndolo en vapor de amoníaco y su ALMACENAMIENTO posterior. (Aunque algo simplificado, se puede encontrar una descripción de este proceso en el primer enlace de este artículo).

Entonces, mientras que los transbordadores espaciales "mantendrían" una atmósfera requerida, ( aparentemente ) nada se arroja allí en ese momento. Ahora, su pregunta se refería a qué sucedería si este lanzamiento ocurre (o no ocurre) mientras el transbordador continúa avanzando a una velocidad uniforme.$v$- si fue objeto de dumping, entonces$v$cambiaría. NO PARECE SER EL CASO.

Mira, en todas partes en física, hacemos todo tipo de aproximaciones, la pregunta es qué tan válidas son en situaciones reales. Independientemente de los materiales que elija para construir la nave espacial, no será un aislante térmico perfecto. Si bien pueden intentar reducir esta pérdida de radiación al valor más bajo posible, la nave irradiará cierta cantidad de calor. Entonces, aunque no es absolutamente ideal, puede ser una buena aproximación a un cuerpo aislado, o en el contexto, digamos un sistema cerrado. En situaciones de libros de texto, uno siempre considera descripciones simplificadas.

Por lo tanto, armado con estos enlaces, creo que puedes ir y molestar a tu instructor con seguridad, ¡diciéndole que su lógica original tenía una falla!

Lo que tenemos que considerar aquí es la conservación del impulso. Suponiendo que la masa/energía que sale de los cuerpos de los astronautas todavía está contenida dentro de la nave espacial, no habrá cambios en la masa/energía total de esta última. Dado que la cantidad de movimiento viene dada por la masa por la velocidad, en ausencia de fuerzas externas, la masa constante implica una velocidad constante. En este sentido, su suposición es correcta y la nave espacial se moverá a la misma velocidad.

Creo que hay otra mirada a esto,

Cuando pierdes peso, estás convirtiendo masa en energía.

entonces la pregunta es ¿cómo funciona realmente el impulso? La masa está abajo pero la energía inherente está arriba. La pregunta más profunda es ¿la energía tiene masa? Recuerdo que en el pasado lejano leí sobre una batería que aumentaba de peso cuando se cargaba. Entonces, la masa disminuye, pero ¿adónde se ha ido la energía?

Como ya han señalado otros, no sucede nada como resultado de que los astronautas pierdan masa si el sistema está cerrado. En ese caso, la masa simplemente se mueve dentro de la lanzadera y el sistema como un todo todavía tiene la misma masa.

Sin embargo, incluso si el sistema no está cerrado, no es la pérdida de masa lo que importa, sino el impulso impartido al transbordador al expulsar esa masa. La velocidad del transbordador tiene que ver con su órbita, no con su masa. Cualquier otro objeto, independientemente de su masa y tamaño, tendrá la misma trayectoria dada la misma velocidad inicial. Incluso si el transbordador perdiera mágicamente 80 kg de alguna manera, su velocidad no cambiaría como resultado. Este es el resultado de la misma física que dice que una pluma y una bola de plomo caerán a la misma velocidad en el vacío.

La forma en que el transbordador cambia su velocidad es expulsar masa en una dirección particular. Este es exactamente el propósito de los motores de cohetes. Si los 80 kg se empaquetaran de alguna manera y se expulsaran por la parte trasera, el transbordador avanzaría un poco más rápido. Si se rompiera en dos trozos de 40 kg, uno expulsado por la parte trasera y el otro por la parte delantera al mismo tiempo con la misma velocidad, no habría un efecto neto en la velocidad del transbordador.

Nuevamente, el punto es que la velocidad continua del transbordador no es una función de su masa en primer lugar.