Это, безусловно, верно, когда вы бежите. Ноги давят назад на землю (действие) и земля выталкивает вас вперед (реакция).
Но, вопреки ожиданиям, чтобы получить такую реакцию, необязательно отталкиваться от чего-то внешнего.
Представьте, что вы застряли на санках в середине прекрасного скользкого (без трения) катка. Как вы можете сдвинуться в сторону?
Предположим, в санях (аккуратно) сложены кирпичи. Толкните их один раз. Так же, как вы толкаете их прочь, они толкают вас назад (реакция). Сани движутся.
На этом построен принцип ракеты. Газы выбрасываются назад на высокой скорости. Ракета реагирует движением вперед. Совершается действие, порождающее реакцию. Все очень просто.
Так как ракета выбрасывает «реактивную массу», она становится легче; таким образом, ее выхлоп становится все более эффективным при движении ракеты вперед.
Эффект реактивного движения был впервые описан глухим русским учителем Константином Циолковским в его «ракетном уравнении».
Проблема: даже самое лучшее ракетное топливо не годится для того, чтобы поднять свой собственный вес плюс вес ракеты на орбиту Земли.
Решение Циолковского: создание многоступенчатой ракеты. Часть ракеты отбрасывается на определенной высоте. Ракета становится легче, и ей проще подняться на орбиту.
Использование одноразовых ракет подобно поездке на машине в городе и возвращению домой только с 4 шинами и рулем, поел чего необходимо заново построить автомобиль для следующей поездки.
НАСА выбрасывает большую часть Космического шаттла, и приходится заново его строить для каждого полета. Это одна из причин, почему каждый запуск стоит около $0,5 млрд.
Чтобы ракета работала наиболее эффективно — по крайней мере в космосе — нужна высокая скорость выхлопа благодаря чему потребуются меньшие массы топлива.
Сегодняшнее «химическое» топливо неэффективно. Альтернативная ракета будет использовать аннигиляцию материи и антиматерии.
Такой космический корабль будет обеспечивать громадный толчок для данной массы, поэтому вес топлива на борту будет минимальным.
Солнце
35. Имеет ли Солнце поверхность?
Солнце это гигантский светящийся газовый шар, так что он не имеет твердой поверхности, как Земля. Но так, конечно, кажется на первый взгляд. Почему?
Солнечную «поверхность», или фотосферу, к которой солнечные лучи с большим трудом пробиваются из глубин Солнца, легко найти.
Представьте себе людную улицу. Движение медленное. Нужно зигзагообразно огибать препятствия (людей). Двигаться прямо не получается. То же самое происходит со светом, испускаемым Солнцем.
Фотон (частица света), выходящий из ядра Солнца, проходит только 1 см до рассеяния в другом направлении на препятствии (например, электроне).
При движении в прямом направлении путешествие фотона от центра до поверхности заняло бы только 2 секунды. Но зигзаги пути так извилисты, что путешествие занимает 30 000 лет!
Поэтому сегодняшнему солнечному свету около 30 000 лет. Он возник на пике последнего ледникового периода.
Если бы вызванный ядерными реакциями пожар произошел 29 000 лет назад, мы бы не знали о нем еще 1000 лет.
На самом деле Солнцу требуются миллионы лет, чтобы потерять все запасенное тепло. Благодаря его большой мощности нам некоторое время ничего не грозит.
В итоге, через 30 000 лет фотоны, испускаемые с поверхности Солнца, летят по прямой к Земле со скоростью 300 000 км/с.
При такой скорости необходимо всего 8,3 мин, чтобы покрыть 150 млн км до Земли, (поэтому, если бы Солнце внезапно исчезло,! мы бы не знали об этом 8,3 мин).
Фотосфера Солнца — это место, где фотоны переходят от движения по зигзагообразному пути к движению по прямой линии, или «прекращают ходить и начинают летать».
Хотя фотосфера не является твердой поверхностью, она достаточно резкая, из-за чего Солнце похоже на диск (если смотреть через безопасный фильтр).
36. Почему Солнце горячее?
Солнце жаркое по одной простой причине. Оно обладает большой массой. Огромное количество вещества прессуется в ядро под действием силы тяжести, сжимающей его.
Когда газ сжат, он становится горячим. Это известно любому, кто сжимал воздух в велосипедном насосе. В солнечном ядре газ сжат так, что его температура достигает -15 млн °С.
При такой высокой температуре вещество переходит в «плазму». Она ведет себя не как материя, которая материальна (каламбур получился случайно).
Солнце — это млрд млрд млрд тонн, в основном, водорода. Но, если положить млрд млрд млрд тонн бананов в одном месте, будет так же жарко.
Ключевой факт: температура Солнца зависит от КОЛИЧЕСТВА содержащегося в нем вещества, а не от его состава (хотя он и оказывает незначительное влияние на распределение тепла внутри).
Сжатая в ядре материя объясняет лишь, почему Солнце горячее в данный момент, но не объясняет, почему оно остается горячим. Это уже совершенно другой вопрос.
Солнце постоянно отдает тепло в космос, но никогда не остывает. Поэтому должно быть что-то, что восполняет тепло так же быстро, как оно теряется. Но что это?
Ответ: ядерная энергия. Солнце осуществляет синтез «остовов», или «ядер» легчайшего элемента — водорода, и превращает его в следующий легчайший элемент — гелий. Побочным продуктом является солнечный свет.
О наиболее маловероятной ядерной реакции, которую можно вообразить. В среднем каждым двум ядрам водорода в составе Солнца для того, чтобы встретиться и соединиться, необходимо 10 млрд лет.
Будем благодарны тому, что солнечный синтез такой медленный. Солнцу необходимо 10 млрд лет, чтобы сжечь все топливо. Этого вполне достаточно для эволюции разумной жизни (такой, как наша).
Чтобы получить представление о неэффективности Солнца, представьте ваш желудок и объем ядра Солнца размером с него. Ваш желудок генерирует больше тепла.
Вопрос. Если производство солнечного тепла является настолько J неэффективным, почему Солнце горячее? Ответ. Потому что оно состоит из множества областей размером с желудок, сложенных вместе!
37. Что там, внутри Солнца?
Солнце — огромный шар из газа, имеющий 1,4 млн км в поперечнике. В основном оно состоит из водорода (75 %) и гелия (24 %).
К центру плотность и температура значительно увеличиваются.
