Reacción cinética por emisión de radiación electromagnética.

Si un objeto emite 1 vatio de radiación electromagnética direccionalmente y tiene una radiación de cuerpo negro insignificante, ¿cuánto empuje se produce? ¿Cómo se puede calcular esto en general?

Gran pregunta, y gracias por su aceptación. Acabo de agregar un poco más de fondo debajo de "Increíble, ¿verdad?"

Respuestas (1)

Una forma rápida de recordar esto es que el empuje es la fuerza. Suponiendo que la radiación térmica del cuerpo negro es isotrópica, su promedio es cero, por lo que podemos ignorarlo.

Entonces, para una nave espacial que emite radiación EM en una dirección, podemos decir que el empuje es solo:

T mi METRO = d pag d t

dónde d pag / d t es la cantidad de impulso por unidad de tiempo producido en una dirección como fotones y en la otra dirección como el impulso de la nave espacial. El momento total no cambia ya que están en direcciones opuestas.

El momento de un fotón es h / λ y la energía de un fotón es h C / λ .

El número de fotones por segundo es la energía por segundo o potencia PAG (1 vatio en este caso) dividido por la energía de un fotón:

d norte d t = PAG λ h C

El empuje electromagnético T mi METRO = d pag / d t es solo el momento por fotón multiplicado por el número de fotones por segundo d norte / d t :

T mi METRO = d pag d t = d norte d t h λ = PAG λ h C h λ = PAG C

¿¡Increíble verdad!?

No importa cuál sea la longitud de onda; ¡podría ser un láser o una luz incandescente de banda ancha o incluso un RTG caliente! El empuje resultante es solo el poder de la radiación EM en una dirección dada dividida por C la velocidad de la luz. Si su fuente es anisotrópica pero tiene una dispersión en las direcciones, debe dividir la potencia por unidad de ángulo sólido entre C para obtener el empuje por unidad de ángulo sólido, luego integre para obtener el empuje neto .

Entonces, 1 vatio es 1 kg m ^ 2 / s ^ 3 y C es 3×10 8 m/s por lo que la fuerza es 3.33×10 -9 Newtons.

Si tienes una intensidad I (por ejemplo, 1361 W/m^2 del Sol), entonces la presión es I / C si lo absorbe. Si lo reflejas perfectamente hacia atrás, es doble .

Justo ayer volví a esta pregunta y pensé en una forma diferente de abordarla. e = mc^2, ¿verdad? Entonces, ¿no puedes resolver m dado e y luego multiplicar ambos lados por la velocidad para obtener el impulso? m = e/c^2 --> mv = e/c^2 * v, v = c --> impulso = ec/c^2 = e/c --> fuerza = p / c donde p es potencia y c es la velocidad de la luz. Esta es la misma fórmula que mencionaste, pero soy nuevo en física (estoy en octavo grado) y no estoy seguro de que todos mis pasos sean factibles en general o si me llevarán a la respuesta incorrecta en algún caso ¿Cuáles son mis errores, si los hay?
@WesleyAdams En Stack Exchange no hacemos nuevas preguntas en los comentarios. Le recomiendo que publique una nueva pregunta sobre eso, puede vincular su pregunta aquí. No soy un experto, pero puedo decirte que tienes que usar las ecuaciones relativistas apropiadas para la energía y la masa y no parece que lo hayas hecho. Incluso la gente de la NASA se equivoca a veces, vea esta respuesta .
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