人文艺术 > 一个三十公里直径的轮,加速到3000转,它的速度能达到光速吗?

一个三十公里直径的轮,加速到3000转,它的速度能达到光速吗?

2020-10-15 21:02阅读(63)

一个三十公里直径的轮,加速到3000转,它的速度能达到光速吗?:一个转盘绕着中心的轴转动,转盘上距离转轴越远的点,运动时的线速度就越大。有很多人思考过这样

1

一个转盘绕着中心的轴转动,转盘上距离转轴越远的点,运动时的线速度就越大。有很多人思考过这样的问题:一个半径很大的转轮,转速逐渐增大,边缘上点的线速度会不会超过光速?

如果直接用数学计算,转盘的转速增大到一定程度就能够使边缘上点的线速度达到光速。然而,物理规律决定了这种情况永远不可能发生。

转盘是由原子、分子等组成的,原子分子间依靠分子力结合在一起。转盘转动时,转盘上的物质做圆周运动需要的向心力就是由分子力来提供,转盘的转速增大所需的向心力也会增大。如果分子力不足以提供向心力,转盘就会分崩离析。

如果用理想的材料绝对刚体来制作这种转盘呢?这时候虽然转盘不会瓦解,但同样边缘上点的线速度也不会达到光速。爱因斯坦的相对论给出了质量与速度的关系,物体的质量会随速度的增大而增大,当速度趋近于光速时物体的质量会趋近于无穷大。圆盘转速非常高时,圆盘的质量就会非常大,如果圆盘边缘上点的线速度达到了光速,就意味着圆盘的质量或者转动惯量达到了无穷大。这需要为圆盘提供无穷大的能量,显然这也是不可能做到的。

物质的运动速度不能超过光速,这是爱因斯坦的相对论给出的结论。相对论诞生100多年来,经历了无数次的检验,也早已在多方面有所应用。在宇宙中有很多大小天体,体积大的天体相对于一个大的转盘,体积小的天体相对于小的转盘。通过观察可以发现,不论是大的天体还是小的天体,它们转动时边缘上点的线速度都没有超过光速。如果真的发现了物质的运动速度超过了光速,那么相对论就要改写了。

2

这个问题本身就是无聊的问题,只能当作是无聊的时候几个朋友聊一些无聊的事罢了。曾和朋友在无聊的时候也聊过类似的问题,如:一根家用水管从地球上到月球上,水管里装满水,这些水能不能淹一个村镇?

即然是无聊的问题,那就无聊的来回答,只当是消磨时间吧。首先排除掉能不能实现,需要的动力如何,我们只从理论数字上来无聊的分析一下它的速度。

一、直径30公里的轮,它的周长是多少?

30公里=30000米,周长就是30000*3.14=94200米。

二、轮子转一圈,位于周长上的一个点运行的距离

94200米

三、加速到3000转,位于周长的一个点运行的距离

94200*3000=282600000米

四、位于轮子周长中的一个点在轮子每分3000转的速度下运行一个周期的速度

282600000/60秒=4710000米每秒

五、光的速度

300000000米每秒

六、比较

4710000米/秒小于300000000米

结论:当这样一个轮子加速到3000转每分时,位于它周长上的某个点的运行速度离光速还是差很多。

单从数字上,是不能超过的,实际上更不可能实现的,这样一个大的轮子,造出来就不是一般的工程,估计比长城贴磁砖的工程还要大好多好多。其次,要想让轮子运转起来,动力估计目前是无法解决的。三是如果能运转的话,这样直径的轮子,这样的速度,按现有的材料来选,基本上会被外向力给甩的支零破碎。

无聊的事,无聊的答,消除无聊的时光。

3

首先,如果按照问题中的描述,即使每秒能达到3000转,纯数学上的计算也达不到光速(计算并不难)。但我想问题想表达的应该是:一个直径很大的轮子,转动速度非常快,轮子边缘的速度能达到光速吗?

纯数学分析,肯定可以达到,只要直径足够大,速度足够快,就可以轻松达到。比如直径一光年的轮子,每秒转动一圈,就远超光速了。但问题是,数学只是人们了解世界的工具而已,数学并不等同于现实和物理,数学上成立的,现实中可能就不成立。

而问题中的假设其实与“让一个物体一直加速,最终能否达到光速?”这种问题本质上是一样的。如果你真的能让物体一直加速,当然能达到光速,但问题是你能做得到吗?

相对论表明,速度越大,相对质量就越大,对于轮子边缘部分来说,随着速度越来越高,当接近光速时,质增效应就会越来越明显,意味着需要更大的力才能让其继续加速,要想达到光速,需要无穷多的能量才可以做到,这显然是不可能的。

同时,轮子速度越来越快,离心力也越来越大,当分子之间的作用力不足以抵消轮子边缘的离心力时,轮子就会分崩离析。

所以,莫要用各种不现实的假设试图推翻相对论中的“光速限制”。事实上,相对论本身就是建立在“光速不变原理”基础上的,包括时间膨胀,尺缩效应,质增效应等都可以通过这个原理推导出来。我们没必要质疑相对论,如果非要质疑,也应该质疑“光速不变原理”,这个原理本身也时一个假设,你完全可以不相信这个假设,自己做出其他的假设,前提是如何让别人相信你!

4

一个三十公里直径的齿轮,半径是15公里,加速到3000转,首先你没有说明3000转是每分钟还是每小时,每小时肯定不行,估计你假设的应该是分钟,那么姑且按照每分钟3000转来算,它的齿轮边缘线速度能够达到光速吗?

V(线速度)=2πrn=2*π*15000*50=4712389m/s,折合4712.4km/s,这个速度与光速的三十万公里每秒相差甚远,所以它的最外层还没有达到光速。

如果题主想说的是每秒钟3000转的话,那么得到的结果就是282743339m/s,折合成就是282743km/s,距离光速的300000km/s还是差那么一些。

所以无论你怎么转,都还没有达到光速。

如果这样单纯的计算肯定不能满足题主的意愿,题主是想问,如果我转的足够快,每秒钟1万转,那么边缘的速度肯定超光速了啊,题主可能想借此来反对光速不可逾越的定律。

但事实这样能行吗?

如果想要完成题主的构想,需要假设如下条件:

你有足够的能量可以完成这样的加速过程、你能够找到如此结实的齿轮,但事实是,这两个条件你无论如何都满足不了,因此,你的这个思想实验不存在于现实中,对于现实是没有意义的。

它不能够作为质疑科学理论的依据,即便它在你的脑海中设想是超光速的,但也没有任何的意义,因为它纯粹的就只是空想罢了。

对此你有什么看法呢?欢迎在下方留言探讨。我是科幻船坞,感谢大家的阅读与关注

本文图片来自于网络,侵删

5

一个三十公里直径的轮,加速到3000转,它的速度能达到光速吗?

一个足够大的轮子,以足够的转速,边缘是否能达到光速?其实这就是超光速实验另一个版本,似乎听起来有那么一种超光速的意思,下面简单讨论下这想法能实现不?

一、足够大的轮子是多大?足够快的转速是多快?

三十千米,每秒三千转,听上去好像不难实现哈,那么来计算下这个边缘的线速度超过光速了吗?

v=πdn=π×30×3000=282743.34千米/秒

即:28.27万千米/秒

看起来这并没有超过光速,因为光速为:299792.458千米/秒,还差那么一点,不过只要再加几转就可以了嘛!

n=3180.9转/秒

这个速度下就已经超过光速了,那么事实能超过光速吗?

二、阻止物体运动速度超过光速的几个因素

暂时先不考虑各种机构难度,仅从理论上来做个简单分析

1、高速转动的“离心力”会导致结构崩溃

我们能在现实世界中找到的的材料都是原子组成的,中间结合的就是电磁力,当转速无限加大时首先边缘处会受到“离心力”的困扰,当“离心力”超过物体结构强度极限时,这个转盘的结构就会崩溃,从圆盘的分裂的切线方向带着线速度的动能撞击一切碰到的物体!当然我们也可以选择理想的刚体来制造这个圆盘,因为从理论上来看,刚体可以避免这个状况的发生,但却会有另一个强大的拦路虎阻碍在我们面前!

2、质增效应会导致结构根本无法在继续加速

质增效应并不只是停留在公式中而已,在加速器中司空见惯!为什么我们没法在现实中简单的测量出质增效应?只是因为我们的速度实在不足以达到测量设备的精度,因此质增效应尽管经常听说,却难以在生活中体现!

但事实上这个结果在转速越来越高时候即会逐渐体现出来!特别是在90%光速以后,曲线几乎直线上升,也就是说到了此时,质增效应将会数倍数十倍甚至数百倍的上升!那么很明显当负载成倍上升时它的能量输入也必须同比增加,否则这个系统仅仅在克服摩擦力等机械损耗做功,只能维持当前速度而不能再增加转速!质增效应在更接近光速时会无限上升,但我们输入的能量却是有限的,因此在这个有限能量与无限质量的较量中,总会维持在一个有限的速度,而这个速度能逼近光速的极限,就取决于我们舍得多少能量,但请不要异想天开的认为就能超过光速,因为这样的理论都还没有诞生!

而事实上整个结构重量、承载机构以及变速与扭矩输出机构等都是一个不可能完成的任务,但这就像永动机一样,似乎会考虑各种方式来突破能量守恒定律,不过很明显这一切欧式徒劳的!

不过如果像《石油咽喉保卫战》中的中岳岛号,利用大直径的飞轮蓄能+电磁弹射来发射炮弹或者导弹,这倒确实可以考虑一下,低成本的全球打击武器,你值得拥有!

6

轮类绕圆心做圆周运动,转速指得是单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数,通常用符号n表示,转速的国际单位是其国际rps (转/秒)或 rpm (转/分)。

那么如果这个问题更严谨一点说直径30公里的轮子,转速n=3000rps,我们来计算一下轮子最外围的线速度:

v=πdn=3.14*30000*3000=28.26万公里/秒

经过简单计算得出这个巨型轮子的圆周线速度大约是28万公里每秒,是小于光速30万公里每秒的。好多人都想方设法的设计出超光速的“实验”,不是巨大的轮子就是几光年长的棍子,但无论如何设计构思光速都是不可超越的。这并非是技术上达不到,而是理论上的限制。

爱因斯坦相对论对于光速最准确的描述如下:

  • 1.有静止质量的物体达不到光速,理论上只能无限接近于光速,就像是巨大的轮子,随着转速的增加,理论上圆周处的线速度会无限接近于30万公里每秒;
  • 2.信息的传递速度不能超光速,目前我们的通信应用的就是光速的电磁波。有的人可能提出量子通信的问题,量子通信是应用量子纠缠的。而量子纠缠是可以超光速的,但是并不传递信息。而量子通信本质上是加密技术,信息的传递以来的还是传统通信方式。

目前被认可的超光速有两个:一是宇宙膨胀的超光速,二就是量子纠缠的超光速。但是以上两个超光速并不能推翻爱因斯坦的理论。在最近天文学家发现距离我们最遥远的一类天体-类天体,或者说超级黑洞,它的旋转速度非常接近于光速,这个类天体被科学家命名为命名为“Q2237+0305”

7

本题的意义很好。因为速度的问题引起了材料的追求。但我想,不可能有这样的材料扛得住这样气流的撕扯。。除非用场的护盾方法(对于这种护盾,我也是大胆猜想)。但愿能有场的护盾。谬论多多,敬请网友们批驳!

8

没给单位时间啊?是一年3000转吗?一年3000转都是快的,大约合每天8转,三十公里直径,一百来公里的周长,假设一辆汽车沿着圆周跑圈,一天8圈二十四小时的跑,相当于三个小时一圈,平均三十多迈的速度,看着不算快,可是如果汽车停着,而是路面旋转,把北京市五环内这么大面积的盘子转成这个速度得需要多大的动力,何况这离你那个达到光速的目标还相去甚远。想都不要想啦。

9

发现头条各种数字党,什么xx公里的轮子,什么xx公里的棍子,什么xx公里的电线,xx公里的铁链,,,,

这群人总想用这些方法\"突破光速\",然而我们就算不考虑材质的拉力,单纯从相对论角度来说,你们不懂什么叫运动的钟变慢,运动的尺子缩短么?不管你多少公里的轮子还是棍子,速度大到一定程度他的长度就缩短了,速度越大缩短越多,所以永远不可能达到光速或者超过光速,至少在四维时空不可能。这种文字游戏改变不了物理定律,想要改变物理定律就不要想这些诡辩的方式,没有任何参考意义。

10

这是不可能的的。任何物体做圆周运动,都会产生离心力,当离心力超过物体本身的结合力时,就会分裂成碎片沿着圆周切割线按直线运动甩出去。