¿Qué impide que este generador de energía infinita funcione? [cerrado]

Pensé en un dispositivo que usa el efecto Oberth (wiki) para generar más energía de la que consume. Obviamente, cometí un error/error lógico en alguna parte. ¿Puedes ayudarme a encontrarlo? Aquí está el experimento mental:

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  • Supongamos que tenemos una masa metro que puede moverse en un tubo recto sin fricción . Además, ignoramos la gravedad y cualquier efecto relativista.

  • La masa es acelerada por un láser estacionario en un extremo del tubo. Un rayo láser se dirige a la masa, que actúa como una vela ligera, dando como resultado la fuerza de empuje: F

  • El láser consume una cantidad constante de energía: PAG yo a s mi r

  • La masa está acelerando constantemente en: a = F metro

  • La velocidad de la masa aumenta en: v ( t ) = a t . insertando a desde arriba: v ( t ) = F metro t

  • La energía cinética de la masa está dada por W k i norte = 1 2 metro v 2 . insertando v desde arriba: W k i norte ( t ) = 1 2 metro ( F metro t ) 2 = 1 2 metro F 2 t 2

  • La energía acumulada consumida por el láser a lo largo del tiempo es W yo a s mi r ( t ) = PAG yo a s mi r t

  • La energía cinética crece cuadráticamente con el tiempo, mientras que la energía láser crece linealmente con el tiempo. Esto significa que la energía cinética eventualmente excederá la energía del láser.

  • Se alcanza el "punto de equilibrio" energético cuando

    W k i norte = W yo a s mi r
    Eso es cuando
    1 2 metro F 2 t 2 = PAG yo a s mi r t
    en el momento:
    t = 2 metro F 2 PAG yo a s mi r

Después de este punto en el tiempo, dejar el láser encendido por más tiempo aumentará W k i norte por más de la energía que consume el láser. Para cualquier combinación de masa, potencia láser o fuerza de vela ligera, se alcanzará este punto si esperamos lo suficiente.

Así que dejemos el láser encendido un poco más que el punto de "equilibrio". Luego, la masa con W k i norte > W yo a s mi r es desacelerado y W k i norte cosechada por un generador lineal perfectamente eficiente (o cualquier otro generador adecuado). Carga una batería que proporciona suficiente energía para el láser en la siguiente ejecución e incluso energía adicional. (El generador y la batería pueden incluso ser arbitrariamente ineficientes, siempre que el dispositivo funcione lo suficiente hasta que W k i norte es suficientemente mayor que W yo a s mi r .)

Esto parece imposible. ¿De dónde vino la energía adicional? ¿Que esta pasando aqui?

Estoy bastante seguro de que el efecto Oberth es para motores de cohetes que en realidad expulsan propulsor para moverse, así que no creo que sea realmente el efecto Oberth cuando usas presión de radiación. Además, es posible que desee buscar los efectos de la velocidad en la presión de radiación, lo que podría ser parte de la desconexión.

Respuestas (2)

El error está en suponer que la fuerza es constante si la potencia es constante. Este no es el caso. Cuanto más rápida sea la masa, más desplazada hacia el rojo será la luz que la alcance, y menos energía impartirá. Otra forma de imaginarlo es que el láser es un montón de cañones. Cuanto más rápida sea la masa, menor será la velocidad relativa entre las balas y la masa, y por lo tanto menor será el momento transferido. Entonces, a una potencia constante, el láser produce una fuerza decreciente con el tiempo. Nunca habrá exceso de energía.

¡Gracias! Pero, ¿habría alguna diferencia si el láser se montara en la masa, disparando hacia atrás y acelerando con la masa? (como en: ¿más como un cohete?)
No, será lo mismo. Desde el punto de vista de un observador estacionario, cuanto más rápida sea la velocidad de la masa, más desplazado hacia el rojo y de menor potencia será el láser. En la analogía con las bolas, cuanto más rápido vas, menor es la velocidad de retroceso de la bala de cañón en relación con el observador estacionario, y esto, nuevamente, significa menos transferencia de impulso.

Eso sucede porque PAG d i s s depende de t (hecho que no está considerando), de hecho PAG = F v = F F t metro y sabiendo que W yo a s mi r = PAG d t = F 2 t metro d t = F 2 t 2 2 metro = W k i norte . Por lo que se verifica la conservación de la energía.