題:
船在.5 c行駛時,吉姆如何進行太空行走?
Girish Kulkarni
2017-01-12 04:57:33 UTC
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直到現在,我所見過的任何太空電影都顯示了太空行走,但它們顯示出由於磁性靴子,船舶沒有移動或角色在太空飛船上。但是,在乘客中,吉姆能夠在.5 c處進行太空行走,並且在飛行過程中不會被砸碎。

據我所知,物理定律仍應適用在那種情況下,即使處於太空真空中。

由於船舶的發動機仍在點火。為什麼在他沒有錨定的情況下飛船不會加速離開?

因為吉姆也在.5 c處移動
請注意,我們此刻正在以瘋狂的速度飛越太空(騎在地球的背面);你注意到了嗎?不,因為您無法感覺到速度,所以只能感覺到“加速”。“臉上的風”讓您覺得自己可以感覺到速度,就像路上的顛簸一樣,但這不是速度本身。也就是說,如果主引擎處於開啟狀態,那麼它們會產生一些加速度(但可能不會很大)
0.5c與ISS上的太空行走宇航員所經歷的〜17K mph / 27K km / h(相對於地球)有何不同?然後是地球繞太陽運動,太陽圍繞銀河系中心的軌道,我們銀河係向著我們要去的地方的急速奔跑...
@user20310更確切地說,我們只能感覺到加速度之間的差異。如果您的身體均勻地加速(如在真空中自由落體),您不會有任何感覺。坐在椅子上時,您會感覺到相對於地面的零“淨”加速度(因為它被向後推的椅子抵消了),但是您會感覺到重力的全力與椅子向後推的全力相反在你身上您可能會說,我們真正感受到的是由微分力引起的壓縮或拉力(儘管那也不是全部事實)。
當國際空間站以7.6 km / s(每小時17100英里)的速度移動時,真實的人在ISS周圍進行艙外活動
一個更好的問題是:當以0.5c的速度移動時,他們如何觀察到如此出色的恆星?我指的是她生日那天的場景,那艘船離星星很近。
我認為這將是一個類似的問題:“吉姆怎麼不會立即死亡,因為在0.5 c時他遇到〜10 ^ 14氫原子/秒,每個原子在145.25 MeV?”
@imallett:是的,真正的WTF。我清楚地記得佩里·羅丹(Perry Rhodan)的一本小說,它講述了人們如何遇到一個行星,時間移動得慢得多。包括其中一名因*蚊子沒有時間躲開*而撞上蚊子並感到劇烈疼痛。我一直在想,“但是(顯然)空氣分子受到類似的影響時,它們如何“呼吸”呢?這是我們一直忘記的小事情。;-)
@Luaan我想說的是,我們可以感覺到(相對於慣性參考系)任何(足夠的)加速度。坐在椅子上時,臀部的壓力與加速汽車中背部的壓力沒有什麼不同。ISS上的宇航員,升降機上的人或Jim都處於慣性系中(如果我們忽略某些二階潮汐效應)
@imallett:我的想法完全正確。空間不是絕對真空。儘管我沒看過這部電影,但很可能我們會用“扭曲氣泡”或類似的方式來解釋。
(忽略相對論效應:)出於同樣的原因,如果您在火車上跳車時,馬車的後部也不會撞到您身上。
現在,我已經重新觀看了現場,因為已經有了更高質量的版本,而且我很確定我的答案是錯誤的。當他停用靴子時,他立即跳入太空,拖在船後,並因棲息環的旋轉而迴旋。
七 答案:
Valorum
2017-01-12 05:28:16 UTC
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非常簡短的答案是,來自船舶發動機的加速度可能很小。請注意,這是一個 離子驅動,它會不斷地加速,而不是一枚火箭,它將所有燃料消耗在g力作用下,從而引起榮耀

[在計算機屏幕上]
故障系統:生命支持。聚變反應堆。 離子驅動器

假設在吉姆醒來的兩年內,該船從0.5的光速升至0.55的光速,當他與船甲板不接觸時,>相對加速度將大大低於.5kph。在外面的幾分鐘內,他的行程不到游泳池的長度(相對於輪船),這幾乎是不明顯的。


此外,輪船還具有似乎可以影響船內重力的“重力驅動器”。 p>

enter image description here

我認為這個問題比這更複雜。不幸的是,由於涉及的速度,我們將需要引入相對論框架。如果我們使用您的數字,那麼由於相對論速度的增加,他會看到飛船以1.171 km / h / s的速度向他加速。在外面呆了兩分鐘,他將看到2362米的漂移,足以使他離開船。
@A.Simmons-在.5的c處,相對論效應將小於16%。此外,由於他已經以.5的速度移動,因此他與加速離開他的船之間的相對速度差可以忽略不計,大約是0.500000001kph
您的答案沒有任何意義,如何以每小時公里數來衡量加速度?
@Theonlygusti-我指的是他相對於船的議案。當我進入真實計算機時,我將進行編輯。
@Valorum如果您的假設(兩年內從.5c到.55c)是正確的,則船將以0.24 m /s²或0.024g的速度加速。不考慮相對性。
@Valorum此處的粗略計算:http://goo.gl/EaIZYt。您說對了,相對論的影響並不大。
您似乎暗示重力驅動器是由手wa製成的,但實際上只是船在旋轉(使用當今的技術完全有可能,即使有些不切實際。因此,它不會影響漂浮在船周圍空間中的任何人)
@user20310-請注意,驅動器打開時,Jen不會輕輕地漂浮在地板上。她掉下來像石頭一樣**。
@User20310-在原始腳本中*還很清楚*“重力驅動”(通常是重力操縱)使星際飛行成為可能。
user20310
2017-01-12 05:18:09 UTC
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此刻,我們正在瘋狂地穿越太空(以每秒30公里的速度騎在地球的背面);你注意到了嗎?

否,因為您無法感覺到速度,所以只能感覺到加速。 “臉上的風”讓您認為自己可以感覺到速度,就像路上的顛簸一樣,但這不是速度本身。 );感覺您幾乎沒有動彈,因為您幾乎沒有加速

回答第二個問題;是的,如果發動機在點火,則有加速,如果他在船外,則應該加速遠離他。那說;離子驅動器是替代發動機的一種,它設計用於長時低燒,而不是我們目前的短小而強大的太空火箭,其燃油效率更高。如果是這樣的話,也許它正在加速遠離他,只是幅度不是很大。這與以下事實相吻合:主機似乎提供的人工重力微不足道,幾乎所有的人工重力都來自重力驅動,因此加速度遠低於1g

實際上,我們還在朝著地球中心加速。;)我把它作為練習讓讀者弄清楚我們加速度的大小。
@jpmc26不,我們沒有在加速,因為速度沒有變化。我們被吸引到地球中心,但是該力由您所在的地板/椅子施加在我們腳(或屁股,如果您坐著)上的力所補償,最終結果為0(無)力=無加速度=速度不變)。如果您現在乘坐電梯或自由落體,以上所有內容均不適用。
@SJuan76:您忽略了地球的自轉。
@HarryJohnston我在北極。現在認真地講,地球自轉只是最小的組成部分。
@SJuan76:我相當確定這是jpmc26所說的。它可能很小,但是存在。
@SJuan76磁性的還是地理的?
在地球自轉對重力的影響的背景下,@Cubic必須是地理上的。
@SJuan76速度是矢量。這意味著方向變化也是加速。繞圈運動是一種很好理解的運動,它需要指向旋轉中心的相當大的加速度矢量。橢圓形運動類似,但是加速度矢量不是恆定大小。
[physics.se]上的[速度與速度之間的差異](https://physics.stackexchange.com/q/173109/14091)特別討論了*速度*和*速度*之間的區別。
@jpmc26行星每24小時旋轉(大約)一次。24小時內的360度是2小時內的30度,即每小時15度,這是每分鐘度的四分之一,即1 / 1440RPM。與地球施加的重力(相比於其他力而言,這很小)相比,這是“微小的”,因此在大多數情況下可以安全地忽略。
我們還以約220 km / s的速度繞銀河系中心旋轉。
@EricDuminil實際上,當然,真正的答案是“沒有這樣的速度/速度”,只有相對速度
為了進一步闡述@wizzwizz4's的註釋,在地球赤道處,使您以1 / 440rpm的速度在圓周上而不是一直沿直線運動的加速度約為0.03 m / s ^ 2,即地球重力加速度的0.3%。
如果jpmc26在談論地球旋轉時圓周運動所需的加速度,那麼對於我們這些人來說,它只是朝著地球的中心位於赤道上。通常,它指向地球自轉軸(即南北軸)上最近的點。或者,在廣義相對論中,在我們的局部慣性系中,由於地面對我們的抵抗力不斷破壞並自由下落,我們每個人都在距地球中心約1g *距離處加速。實際上我們可以感覺到這種加速的效果,我們不精確地稱其為“重量” :-)
Murphy
2017-01-12 23:00:38 UTC
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敘事魔術。作家很少擔心數字。

更大的問題是他如何不被煮熟

他正在船外.5 c處穿越星際空間。

星際空間並不完全是空的。有原子的薄霧,主要是氫。

每立方厘米大約有1個氫原子。

當他不在船體的陰影中時,他正在船外掃一掃太空中的路徑,撞擊了該空間中的原子。

讓我們假設他的衣服在太空中移動時朝前的表面暴露的面積約為0.5米見方。

如果他在船體外面呆了30分鐘,那麼他將在太空中飛行約15光明分鐘。

所以他將在.5 c處通過約135 km ^ 3的空間

所以我們正在談論在.5c處擊中1.35×10 ^ 17的氫原子

這是非常少量的材料,但是運行非常非常快。

那是在30分鐘內20兆焦耳的動能。

以這些速度,原子將以輻射的形式穿過他,或者停在他的衣服或他體內並產生熱量。

http://www.wolframalpha.com/input/?i=kinetic+energy++of+1.35%C3%9710%5E17+hydrogen+atoms+at+.5c

想像一下,在大約半小時內,有人將火懸在其上方幾英寸的地方,點燃了大火,燃燒了約一升半汽油。

它們可能有點酥。

即使船不加速,他仍然被擰死

還有一個更大的問題:

http://www.wolframalpha.com/input/?i=velocity+of+75+kg+with+20+megajoules+of+kinetic+energy

被那些氫擊中原子不僅會使他發熱,而且可能使他患癌,而且假設他重約75公斤,原子每秒還會使他減速約0.4米。

30分鐘後,他的行進速度比船隻慢了每秒730米,並且被擰了。

這些數字當然都是近似的,並且做出了一些幼稚的假設,例如動量的完美傳遞,沒有不停地滑過他等,但應該在正確的範圍內。

很多科幻小說中處理旅行速度超過.1c左右的故事往往會遇到類似的問題,因為很難理解光速的很大一部分到底有多快。這些速度是卵石撞擊核彈能量的速度。

我很確定這艘船受到了盾牌的保護,因此盾牌可以延伸以保護太空行者是很有意義的。
該船有巨大的磁性猛禽。
實際上,“直接穿越他”的原子並不是您要擔心的原子。停在他的身體組織內(或至少因其身體組織減慢)的那些器官將造成所有傷害。
StephenG
2017-01-12 21:34:01 UTC
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無論您對此應用牛頓系統還是相對論系統,如果飛船未將其固定在船上,則飛船都應加速離開太空船。

在他離開飛船之前,他和飛船因為彼此都在加速,所以彼此不相對運動。

一旦他離開船,他就不再作為船的一部分而加速。它將遠離他加速。

相對於某些其他物體(例如地球),我們是否處於相對論速度並不重要。對於船舶和太空漫步者,它們的相對速度從零開始(在牛頓力學和相對論力學中相同)。在沒有任何加速度的情況下,它們將保持在空間中相同的相對位置。

但是隨著一個加速度的增加,而另一個不加速,它們的相對運動就會發生變化。

太空漫步者看到飛船加速駛離,而太空漫步者則掉在它後面。

船舶與太空漫步者之間需要進行一些互動才能防止這種情況的發生。一條物理線,某種磁場,某種東西。沒有這種互動,步行者就會陷入困境。

這是對情況的很好的概述,但沒有回答為什麼他不相對於船的向前加速不向後退的問題。
他不是因為飛船的作者沒有理會真正的物理學。我確實提供了一個可能的瘋狂主意(磁場),但在現實世界中-該人已經死了,因為即使他試圖在飛船超越他之前再次觸摸該船,它仍在移動,而且他並不是那麼“摔打”是一個好習慣將會發生什麼的話。
@StephenG為什麼為什麼“ splat”而不為什麼“在他漫無目的地漂浮到野外空間時默默地摸索著離開的物體”?還是在他身後有船的一部分會在沒有他的情況下被加速撞到?(我還沒看過電影)
@TylerH-好吧,他被拴在船上了,所以他不僅會漂浮下來。
@StephenG-嗯,它的移動速度為.5kph。就像踏上令人難以置信的緩慢的自動扶梯。
@Valorum我認為問題清楚地表明“他沒有被束縛”?
@TylerH-如果有足夠的記憶力,他將始終受到限制。OP的意思是“非磁性錨定”
@Valorum在指定OP如何錨定的問題中,我沒有看到任何地方。關於乘客,它只提到吉姆太空行走時沒有“錨定”到正在以.5c移動的船上。
@TylerH-當他進行首次太空行走時,一條自動繫繩從牆壁上蛇出,並在他離開氣閘之前依附在他身上。我不記得他關掉磁鐵靴子時脫下的感覺。
@Valorum,他後來在影片中移除了繫繩,這(當然)成為一個問題。
UIDAlexD
2017-01-13 01:27:04 UTC
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我對電影的了解僅限於拖車,但是我們可以從船的設計中汲取一些東西。

  • 船的螺旋結構牢固地固定在中央脊柱上
  • 螺旋結構似乎沒有任何鉸接點
  • 船旋轉
  • 設計中沒有明顯的反作用質量艙

因此,據此我們做出以下假設

  • 發動機是高效,低推力的驅動器
  • 螺旋結構是離心機/居住區

然後我們可以進一步推斷出

  • 重力完全來自船的旋轉,因為高推力發動機會推動你進入牆壁而不是進入地面

這是一條很長的說法,說這艘船不能很快加速。毫米每秒^ 2,最高。

那麼當船以.5c行駛時,他如何不偏離船身呢?因為速度!=加速度。沒有風將他吹回,所以船將以幾毫米/秒/秒的速度拉開-他不得不在外面等幾個小時才能注意到。相對論效應甚至沒有出現,因為它們以幾乎相同的速度移動並且具有完全相同的參照系。

這忽略了任何奇特的重力重力場以將其保持在原位

當然可以,但是如果您具有重力控制功能,Occam的Razor建議您對“為什麼重力不是x *”的任何問題的答案應該是“ *因為我們可以控制它”
@Valorum是的,但是,如果您擁有一個可靠的魔法重力發生器,足以(大概)在一個世紀的長途航行中運行,那麼為什麼還要煩擾您的飛船成為大型,旋轉且脆弱的離心機呢?只是將船的一端變成一塊大磚,一端是引擎,另一端則是船員。……所有這些都是這麼說的。*到底為什麼要為人工重力而煩惱?*所有乘客都處於低溫狀態,所以他們不需要它。幾個月零零克,他們找出一個殖民地的著陸區不會有多大傷害。地獄,這可能是他們有史以來最有趣的。
更好的問題是“ ***如果乘客離開一個充滿艱辛和寂寞絕望生活的殖民地世界,為什麼要使這艘船像豪華郵輪?***”
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@VincentVancalbergh-否。計劃是將新的殖民者從Homestead II的*現有*殖民地下車,然後返回地球。據推測,如果他們已經建造/開採/創造了任何有價值的東西,它將與想要前往地球的所有Homestead II公民以及唯一的往返機票Aurora一起被運送回去。
@Valorum,很多乘客都非常有錢,而且他們打算在旅行的最後4個月醒著。那麼,是的,為什麼不讓它變得奢華呢?
@ArturoTorresSánchez空空間是浪費的空間。需要更大的重量來封閉(因為您必須使船體變大)並放慢速度,而不會提供更多的好處,例如更多的舖位,貨物,或者-對於“太空中發生的事情”特別有用-***更多的備用系統。***
@UIDAlexD我認為這是電影的重點。在太空中是泰坦尼克號!備份系統不足的事實是由於公司的過度自信。
@Valorum好吧,也許是因為乘客將在實際到達之前4-5個月被喚醒,因此他們將需要通過最後的製動和減速在船上生活。
Dim
2017-04-07 09:38:24 UTC
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發動機是ION驅動和冷聚變的組合。它不斷地加速船。在半程航行中,船舶將旋轉180度並在旅程的後半段開始減速。人工重力是離心機旋轉和發動機緩慢加速的結合。這就是為什麼地板相對於“水平地面”成一定角度。這部電影是科學的傑作!幾乎零故障。唯一的原因可能是它們以恆定的加速度到達Arcturus的速度比預期的要快(假設自開始以來沒有達到0.5c的速度)。最後一個問題是磁屏蔽,這是星際旅行的真正問題!您確實需要巨大的力量來構建和維護這樣的盾牌!想像一下,地磁場不足以阻止一切事物,但相比之下它仍然非常緩慢。

這並未具體回答所提出的問題。
zionlion
2017-01-15 02:34:37 UTC
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答案是:船最終將加速離開他,但速度卻很慢,因為它們都以相同的速度行駛並且他在空間的空間中受到微小的阻力。

就像@Valorum說這部電影的背後沒有什麼科學依據。

這似乎沒有提供尚未說的其他任何內容。


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