¿Cómo pueden las naves espaciales tener una velocidad máxima?

Solo hay dos cosas que pueden limitar la velocidad de una nave espacial en el espacio libre:

1) velocidad de la luz

Nada puede ir más rápido que la velocidad de la luz . Este es un hecho de nuestra realidad, no hay dos formas de hacerlo. A menos que logre inventar alguna forma de unidad FTL (¡ja!), Siempre estará limitado a 299792458 m / s. (La respuesta de Jack Fraser a ¿Hay alguna evidencia de que la velocidad de la luz es la mejor?)

2) combustible

Solo puede ir tan rápido como su combustible lo permita. Para velocidades no relativistas (por ejemplo, v <0.1c, por ejemplo), la fórmula para el cambio de velocidad después de una quemadura viene dada por la ecuación del cohete Tsiolkovsky

[matemáticas] \ Delta V = u \ veces ln (\ frac {m_0} {m_f}) [/ matemáticas]

Donde [math] u [/ math] es la velocidad de escape (la velocidad a la que arrojas el escape por la espalda), [math] m_0 [/ math] es la masa inicial de la nave, y [math] m_f [/ matemáticas] es la masa de la nave después de haber quemado algo de combustible.

Por lo tanto, si el 90% de la masa de su cohete es combustible, y su velocidad de escape es 4.43kms (que es la velocidad de escape de los transbordadores espaciales STS), entonces habrá aumentado su velocidad en 10,000m / s (36,000km / h ) – excluyendo factores como la gravedad.

Como puede ver, mientras permanezca por debajo de la velocidad de la luz, no hay nada que limite su velocidad, excepto la cantidad de combustible que puede llevar consigo. Cuando decimos que los barcos en la vida real son “más rápidos”, normalmente significa que pueden acelerar de manera segura a velocidades más altas, lo que significa que pueden alcanzar velocidades más altas más rápido, sin embargo, presumiblemente tienen la misma velocidad máxima, si todos los demás factores son los mismo.

No estoy completamente seguro de entender la pregunta. Si se trata solo de la velocidad de la luz, esta es una de las once mil preguntas de Quora sobre el tema:

¿Cómo podemos estar tan seguros de que la velocidad de la luz es la velocidad máxima que puede tener cualquier objeto?

Los cohetes reales no están cerca de la velocidad de la luz. Están limitados primero por la cantidad de combustible que pueden arrastrar con ellos. Dado que cualquier combustible que queme al final del proceso tiene que ser movido por el combustible que quema al principio del proceso, hay una ecuación que limita la proporción de combustible a la carga útil real, la ecuación del cohete Tsiolkovsky.

[matemáticas] \ Delta v = v_ \ text {e} \ ln \ frac {m_0} {m_1} [/ matemáticas]

donde m1 es el peso de tu carga útil y m0 es el peso de todo tu cohete. Esto no es realmente un límite, per se. Simplemente significa que estás limitado por la masa de tu combustible. Ir un poco más rápido toma exponencialmente más combustible. Nunca es infinito (excepto por toda esa cosa relativista), pero se vuelve poco práctico rápidamente.

Hay varias formas de evitarlo, como la asistencia por gravedad, donde los límites son qué tan rápido se mueven los planetas (y qué tan convenientemente puedes llegar a ellos).

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