The solution at revision #18165 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

14.5.8. Фотонная ракета, стартующая с Земли, по наблюдениям с Земли теряет в единицу времени массу . Начальная масса ракеты . Как меняется от времени скорость и масса покоя ракеты? Действием на ракету гравитационного поля Земли пренебречь.

Решение

По условию задачи, наблюдатель на Земле видит, что ракета теряет массу , тогда релятивистская масса ракеты в лабораторной системе будет меняться по закону:

рел

Полная энергия ракеты:

рел

Или с использованием (1):

Продифференцируем и найдём изменение энергии ракеты за время :

Эта энергия полностью уносится излучаемыми назад фотонами:

ф

Так как фотоны излучаются строго назад, их суммарный импульс равен:

фф

Согласно закону сохранения импульса, импульс ракеты увеличивается на такую же величину, но в противоположном направлении:

ф

Интегрируя это выражение от , когда , получаем импульс ракеты в момент времени :

Для любого релятивистского объекта выполняется инвариантная связь между полной энергией, импульсом и массой покоя :

Подставим (2) и (3) в (4):

Упрощая, получим:

Или:

Так как подкоренное выражение должно быть больше 0, то получим ограничение по времени: .

Скорость релятивистской ракеты выразим через импульс:

рел

Подставим сюда выражения (2) и (3):

Стоит отметить, что когда масса покоя ракеты станет равной 0 в момент времени , скорость ракеты станет равной скорости света. В этот момент наша ракеты превратится в луч света. Наверное, это очень красиво.

Ответ


при