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摺合成TNT當量為多少億噸?
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  • 1 # 醉花音

    感謝邀請。在宇宙中加速飛船是一件很難的事,你的問題看起來雖然比較簡單,但是你知道將飛船加速到光速的10%是什麼概念嗎?在進行計算之前,我們先來簡單感受一下光速的10%到底有多快;光速10%也就是300000000米每秒後面減去一個零,即3千萬米每秒,可以看出,世界上最快的飛機也沒有這麼快。

    1:或許這其中有空氣阻力的原因,但是到了太空中就可以避免空氣阻力,現在我們假設在飛船中有一種能提供大量能源的裝置,一噸重的飛船就是1000千克,當飛船速度達到3千萬米每秒時,忽略相對論效應,此時飛船的動能就是Ek=1/2×1000×30000000×30000000=4.5E17焦耳。

    2:這時你會發現,光是飛船所蘊含的動能都比一顆原子彈爆炸產生的能量多,況且這還沒有計算發動機需要產生的總能量,假如飛船的推進器在工作時將燃料能量轉化為飛船動能的效率為80%,那麼用Ek除以80%就等於5.625E17焦耳,這個能量就是將飛船假如到光速的10%所需的總能量;而加速到光速的50%也是同樣的演算法,由於在10%時就已經有很大的能量,所以這裡就不計算了,並且在這個時候飛船的質量已經不是1000千克了,因此所需的能量就變得非常大,一般來說沒有幾個核彈的能量是無法加速的。一噸TNT釋放的能量大概是210千萬焦耳,即2.1E9焦耳,用5.625E17除以2.1E9約等於2.7E8,所以當飛船的速度被加速到光速的10%時,相當於需要270000000噸TNT來釋放能量,我相信沒有哪個國家敢下這樣的血本。注意,以上計算僅供參考,並沒有多大實際意義。

  • 2 # 火星一號

    如果從靜止開始加速,把1噸重的飛船加速到光速的10%或者50%,根據能量守恆,這個過程所需的能量就是最後飛船的動能(假設能量百分百轉換)。如果計算出飛船的動能,就相當於知道了加速飛船所需的最少能量。一想到動能,可能很多人腦海裡首先會想到的公式是下面這個:

    Ek=1/2mv^2

    這個動能實在太熟悉了,只要知道質量和速度,動能馬上就能算出來。然而,使用這個公式的一個前提是,速度要足夠慢,遠低於光速才能使用。因為這個公式並不是一個計算動能的精確公式,而是一個低速下的近似公式。在接近光速的情況下,動能的公式如下:

    其中m0表示飛船的靜止質量,這裡就是1噸;v表示飛船的速度,這裡為光速的10%或者50%;c表示光速,大小為299792458米/秒(有關上式的推導過程,可以參考我的另外一個問答:https://www.wukong.com/answer/6536920475807777031/)。

    當飛船被加速到光速的10%時,對應所需的能量為4.528×10^17焦耳(用低速近似公式的計算結果為4.494×10^17焦耳)。當飛船被加速到光速的50%時,對應所需的能量為1.390×10^19焦耳(用低速近似公式的計算結果為1.123×10^19焦耳)。可以看到,在越接近光速的情況下,近似動能公式的計算結果出現的偏差越大,這就是為什麼在亞光速的情況下不能使用經典的動能公式。

    另一方面,1千克TNT爆炸後所產生的能量為4.2×10^6焦耳。因此,當飛船被加速到光速的10%時,相當於需要1.1億噸的TNT。當飛船被加速到光速的50%時,相當於需要33.1億噸的TNT。

    另外,我們可以考慮一下最強的氫彈——沙皇炸彈,它的當量相當於5000萬噸TNT。因此,當飛船被加速到光速的10%和50%時,分別需要2.2和66.2枚沙皇炸彈。

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