¿Habría empujado una linterna en el espacio?

Para los fotones tenemos p = E / c. El momento es igual a la energía de los fotones sobre la velocidad de la luz. Para el astronauta tenemos p = mv. Entonces tenemos mv = E / c. Supongamos que el astronauta con traje espacial m = 100 kg. Comencemos con una linterna LED de 100 W bastante grande. Alrededor del 10% de la energía se destina a fotones. Eso es 10 julios en fotones por segundo. mv = 10 / 3E8 = 3E-8 kgm / s. Dividiendo por la masa del astronauta v = 3E-8/100 = 3E-10 m / s, que es el aumento de la velocidad del astronauta por segundo, entonces su aceleración es 3E-10 m / s ^ 2 = 3E-11 g. Entonces, un millón de estas grandes linternas de 100W (sin contar la masa de estas linternas) solo le daría una aceleración de 3E-4 m / s, que después de un día le daría una velocidad de 24.60.60.3E-4 = 26 m / s. Entonces, mil linternas en un día lo acelerarán a 26 mm / so una pulgada por segundo. La fuerza de propulsión producida por 1W de fotones es, por lo tanto, 3E-9 Newton.

Sí, pero la fuerza es minúscula, más pequeña que pequeña. Recuerde que la linterna tiene una masa considerable, y una fuerza pequeña que empuja una masa considerable resulta en una aceleración muy lenta. Un amigo mío recibió una vez un auto prestado mientras su Opel GT estaba en la tienda. Las piezas tenían que venir de Alemania, por lo que tuvo el auto por más de un mes. Era un Ford LTD-II verde vómito. Con un gran motor V-8. Algo estaba mal con eso, porque incluso si pisaste el acelerador, y lo hacía todo el tiempo, este no era su auto. Solo hubo la más mínima vibración debajo del capó y después de un buen rato notarías que las personas se movían hacia atrás en las ventanas laterales. Nunca notó la más mínima aceleración de inercia que lo empuja hacia los asientos de vinilo.

En comparación, el LDD-II es un dragster alimentado con nitro en comparación con la linterna. Soy demasiado vago para hacer los cálculos, pero predigo que con baterías nuevas, si esperas a que la luz se agote, toda la linterna se habría acelerado a una velocidad terminal de aproximadamente 1 milímetro por década.

Sí lo haría. Mira esto:

Este es un radiómetro (Crookes), un dispositivo que fue construido para medir la “presión” de la luz. Lamentablemente, no es lo suficientemente sensible y en realidad gira en la dirección equivocada. Lo que realmente sucede es que los lados ennegrecidos de las venas se calientan más, y esto calienta el aire residual en el dispositivo; esto aumenta la presión en ese lado y hace que las paletas giren. La rotación está en la dirección de las superficies plateadas, lo contrario de lo que se esperaría si la presión leve fuera la causa de la rotación.

Existen instrumentos mucho más sensibles (como el radiómetro Nichols).

Para más detalles, ver: cohete de fotones

Sí lo haría. Los fotones tienen impulso y, dado que se conserva el impulso, la luz de la antorcha actúa sobre una fuerza.

Se llama presión de radiación y es lo que evita que el sol se colapse.

¿Alguna vez se preguntó por qué el sol no colapsa más? Quiero decir que es una colección de plasma, que es solo gas ionizado, y generalmente pensamos que los gases son infinitamente compresibles.

Sin embargo, ese no es el caso aquí, una gran cantidad de fotones que empujan hacia afuera son los que evitan que el sol se colapse bajo la gravedad.

Si. Los fotones tienen impulso y el impulso se conserva.

El usuario de Quora mencionó que los fotones tienen cero “masa efectiva” (no estoy seguro de lo que eso significa), pero los fotones simplemente tienen cero masa en reposo. Su masa relativista es distinta de cero y proviene de la equivalencia masa-energía: [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática]. Otra forma de verlo es considerar [matemáticas] E ^ 2 = (pc) ^ 2 + (m_0 c ^ 2) ^ 2 [/ matemáticas] donde el impulso ([matemáticas] p [/ matemáticas]) contribuye a todos los masa. Esta masa expulsada te impulsa.

EmDrive contiene una discusión sobre la controversia en torno a experimentos e ideas recientes que dependen de la obtención de empuje de un haz de partículas electromagnéticas, también conocidos como fotones. Le pedí a David Hambling, escritor científico de The Guardian, que respondiera. La controversia también es evidente en las respuestas dadas aquí que surge de la insistencia de que los fotones no tienen masa y que la ley de conservación del momento debe aplicarse o que el momento relativista de los fotones da como resultado una fuerza de reacción.
Este gráfico muestra que los fotones pueden proporcionar un impulso específico significativo pero con un empuje específico bajo
http://ykbcorp.com/downloads/DEMB.pdf
Resolver las matemáticas de un sistema de propulsión con velocidad de salida relativista deja mucho que entender. Cohete relativista

¡Si! La tercera ley de Newton es el equivalente de la ley de conservación del momento. Si un cuerpo emite luz, pierde impulso, que se transfiere a cualquier cuerpo que interactúe con la luz emitida.

Esto puede cuantificarse con la ayuda de la teoría del electromagnetismo de Maxwell. El flujo de energía de las ondas EM viene dado por el vector de Poynting:

donde E es su campo eléctrico y H es el campo magnético. La presión de radiación ejercida por la onda EM en un cuerpo que la absorbe completamente se puede encontrar desde el flujo de energía promediado en el tiempo dividido por la velocidad de la luz.

Esto se puede usar para encontrar el empuje en la antorcha.

[matemáticas] \ Delta F = \ frac {E_ {f} \ times \ Delta A} {c} [/ matemáticas]

Sí, sería una forma muy ineficiente de cohete de fotones.

Los fotones tienen impulso y esto empujaría la linterna hacia atrás.

Cohete de fotones

Señala que el empuje es de varios órdenes de magnitud menos de lo que se afirma para los propulsores de tipo EmDrive que se afirma que no permiten la salida de fotones.

No te impulsa.

La suposición oculta de su pregunta es que “Luz” está contenida de alguna manera dentro de la linterna. Sentido; Al presionar un interruptor, la luz es impulsada de alguna manera fuera de la linterna, a la velocidad de la luz, haciendo que el empuje empuje contra la linterna, impulsándolo en la dirección opuesta.

Es por eso que muchas de las respuestas giran en torno a la pregunta: “¿los fotones tienen masa o no, y en qué condiciones …?”. Esto está perdiendo el punto. Incluso si los fotones tuvieran masa, no habría ninguna diferencia. Aún así no serías propulsado.

Para entender por qué, necesitas entender la naturaleza de la luz. Siempre se mueve. La luz no comienza desde cero y acelera a la velocidad de la luz. Se crea a la velocidad de la luz. Eso es lo increíble, solo cuando se está moviendo, está allí.

En su pregunta, la suposición subyacente es que la luz de alguna manera puede “quedarse” dentro de la linterna. Solo esperando para ponerme en marcha … Bueno, ese simplemente no es el caso. En realidad, la luz no puede quedarse. El movimiento mismo de la luz es su esencia. Y como ya se está moviendo, no hay aceleración. Sin aceleración, sin empuje.

No, porque aunque tienen energía, los fotones no tienen masa, por lo que no existe una fuerza contraria que empuje contra la fuente de luz.

Técnicamente sí. Esta es la famosa ecuación e = mc ^ 2 por la que Einstein es más recordado.
Equivalencia masa-energía
Pero sería pequeño.

Ninguna linterna sería útil para tal tarea. La cantidad de energía que uno necesitaría para obtener un empuje apreciable para un humano significaría que nuestras baterías limitadas se agotarían muy rápidamente. Es mucho más efectivo en este caso empujar usando masa.

Se puede usar una vela solar porque el sol está proporcionando muchos fotones. Utiliza una gran superficie. El empuje es pequeño, pero no tiene que preocuparse por la fricción, por lo que una pequeña aceleración se sumaría con el tiempo. Esto puede funcionar para una sonda espacial, pero no es muy eficiente para un humano con traje.

¿Como el motor de iones de un pobre o el propulsor de efecto Hall? Jaja, si. Imperceptiblemente

Recuerdo, cuando estaba en la escuela secundaria, un bonito experimento en el que los electrones giraban en una rueda (en un tubo de vacío). Tal vez esto:

… y tal vez esto no se aplica a los fotones, pero se ve muy bien 😀