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:
Supongamos que tenemos una masa 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:
El láser consume una cantidad constante de energía:
La masa está acelerando constantemente en:
La velocidad de la masa aumenta en: . insertando desde arriba:
La energía cinética de la masa está dada por . insertando desde arriba:
La energía acumulada consumida por el láser a lo largo del tiempo es
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
Después de este punto en el tiempo, dejar el láser encendido por más tiempo aumentará 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 es desacelerado y 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 es suficientemente mayor que .)
Esto parece imposible. ¿De dónde vino la energía adicional? ¿Que esta pasando aqui?
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.
Eso sucede porque depende de t (hecho que no está considerando), de hecho y sabiendo que . Por lo que se verifica la conservación de la energía.
JMac