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¿Cómo se impulsa una nave espacial?
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Autor Mensaje
Raistlin54
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Registrado: Feb 05, 2005
Mensajes: 363
Ubicación: Cáceres
MensajePublicado: Sab Ago 27, 2005 9:07 pm    Asunto: ¿Cómo se impulsa una nave espacial? Responder citando

Bueno, seguro que esto es como lo de ¿De qué color es el caballo blanco de Santiago?, pero esque me he cerrado y no lo entiendo. El caso es que tampoco estoy seguro de si en la realidad ocurre como en las películas o no. Vamos a ver me explico. Cuando ves una película sale una nave en el espacio y soltando un chorro de fuego por el motor, el caso es que si está en el vacio, qué la impulsa?, porque si un astronauta agita los brazos en el espacio se queda como estaba no?, ni avanza ni retrocede ni nada de nada, xq no tiene aire que desplazar no?. Yo tenia entendido que los satéiltes por ejemplo, los lanzaban y aprovechando el impulso inicial describían trayectorias que les llevaban cerca de planetas y demás para aprovechar el impulso de la gravedad, estilo carambola. Y que luego los motorcitos los usaban una vez estaban dentro d la "atmósfera" de un planeta.
No se si queda claro, pero mi pregunta es: ¿Las naves espaciales se impulsan en el espacio con motores?, si es así ¿Cómo lo hacen?. Jeje, que atrevida es la ignorancia Very Happy


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Gurú
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Registrado: Feb 08, 2005
Mensajes: 3420
MensajePublicado: Sab Ago 27, 2005 9:55 pm    Asunto: Responder citando

Muy fácil Very Happy , los gases salen del cohete a cierta velocidad, si se tiene en cuenta el principio de conservación del momento lineal, para que esta magnitud se conserve el cohete debe adquirir una velocidad. También puedes entenderlo como una aplicación de la tercera ley de Newton sobre fuerzas de acción y reacción, pero por razones que no creo conveniente comentar por el momento prefiero explicarlo en base al principio de conservación.

El momento lineal, también llamado a veces cantidad de movimiento, es el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. Una ley fundamental de la física, es que en ausencia de fuerzas exteriores en un sistema esta magnitud física permanece constante (para los más inquietos, este principio es resultado de que las ecuaciones del movimiento son invariantes ante las traslaciones espaciales). Si consideramos el cohete más los gases que se escapan como nuestro sistema físico, el principio establece que cuando salen los gases deben de darle impulso al cohete para que la magnitud del momento lineal sea la misma. Es el mismo principio que actúa con el retroceso de una escopeta, cuando disparas aparece el retroceso para tener en cuenta el momento lineal que ha adquirido la bala. Piensa que el fondo los gases expulsados por la tobera del cohete están constituidos por partículas que son como pequeñas balas que salen disparadas de una escopeta.
Así funciona un cohete, independientemente del mecanismo de expulsión de los gases. El principio físico es el mismo para un cohete con combustible químico, un cohete iónico, nuclear o incluso fotónico. La diferencia entre esos tipos de cohetes (los tres primeros ya existen, el cuarto es algo que se supone que se podrá desarrollar en el futuro) es la velocidad que pueden alcanzar y el empuje total, pero el principio físico de funcionamiento es el mismo.

Vuestra ansia de conocimientos sobre Física no tiene límites Razz . Esta la he contesado yo porque soy el físico de guardia en este momento Twisted Evil . Pero no os acostumbréis a hacer muchas preguntas de estas, ¿o sí? Wink .

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Meteco
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Registrado: Feb 09, 2005
Mensajes: 12010
Ubicación: En la entreplanta
MensajePublicado: Sab Ago 27, 2005 10:15 pm    Asunto: Responder citando

En otras palabras, el cohete genera unos gases de escape como consecuencia de una reacción química (supongamos una combustión).

Necesita llevar consigo los componentes que se quemarán (supongamos hidrógeno y oxígeno).

El vapor de agua resultante sale a toda pastilla por las toberas.

Cuanto más vapor sale, más masa podrá mover (si está sometido a un campo gravitatorio, como en el despegue) o más rápido podrá acelerar la nave.

Si en lugar de hidrógeno y oxígeno usamos algo que genere los gases a más velocidad, podremos ir más deprisa en la nave.

Ya estarás viendo cual es el problema, se trata de que al principio tienes que cargar con el impulsor que vayas a necesitar hasta repostar o durante todo el viaje.


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instanton
Gurú
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Registrado: Feb 08, 2005
Mensajes: 3420
MensajePublicado: Sab Ago 27, 2005 10:26 pm    Asunto: Responder citando

Si empleas una vela solar no, Meteco, pero la base del funcionamiento de una vela solar sigue siendo el principio de conservación del momento lineal...
También sería posible una propulsión con velas pero impulsada con láser.

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Meteco
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Registrado: Feb 09, 2005
Mensajes: 12010
Ubicación: En la entreplanta
MensajePublicado: Sab Ago 27, 2005 10:36 pm    Asunto: Responder citando

Si, yo sólo respondía al impulso mediante cohetes.

Por cierto, al hilo de lo que comentamos, si estás sólo en el espacio y aleteas, no consigues trasladarte como si volaras o nadaras, pero sí que puedes lanzar objetos en una dirección para moverte (poquito, eso sí) en sentido contrario.

P.D. No lances la escafandra Very Happy


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leopar
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Mensajes: 7381
Ubicación: Ciudad de México, DF
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 2:52 am    Asunto: Responder citando

Recuerdo que precisamente existe un relato que aprovecha ese principio: en una nave que va en gravedad cero, una persona de repente calcula mal un salto, y queda flotando enmedio de un cuarto, lejos de cualquier agarradero que le permita tomar impulso. Para no quedarse así indefiidamente, decide quitarse toda la ropa, y arrojarla con fuerza hacia un lado, para que la reacción lo lleve lentamente hacia el otro.
Todo va según lo planeado, hasta que aparece el capitán de la nave, quien le estaba haciendo una visita guiada ¡a su esposa!. Podrán imaginar la escena cuando llegan al cuarto, y encuentran a la persona desnuda flotando enmedio de todo. Laughing .

Ahora regresando al tema. Existe un método de impulso en el cual no necesitas llevarte el combustible contigo desde un principio: el impulso iónico, utilizando una draga espacial para recoger los átomos de hidrógeno que se encuentran dispersos en los espacios interestelares, y acelerándolos a muy alta velocidad en un"escape", con lo que se obtendría un impulso hacia adelante. La CF "dura" ha utilizado este tipo de naves en muchos de sus relatos, aunque uno especialmente bueno que recuerdo en este momento, es el de "Cánticos de la lejana Tierra" de Clarke. La ventaja de este método, contra el uso de velas solares o impulso láser desde una base planetaria, es que en este caso, sí tienes pleno control del impulsor; y teóricamente puedes alcanzar velocidades realmente sorprendentes.


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AAG98
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Ubicación: Rhea
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 3:55 am    Asunto: Responder citando

¿Pero el tamaño del recolector de átomos de hidrógeno no sería el principal inconveniente? Rolling Eyes

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instanton
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Registrado: Feb 08, 2005
Mensajes: 3420
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 9:48 am    Asunto: Responder citando

El tipo de nave que ha descrito Leopar se denomina nave estatocolectora. Como bien dice AAG, el tamaño sí es importante en este caso Wink . La densidad de átomos en el espacio es muy baja, por tanto se necesataría un embudo enorme. Puede mejorarse la eficacia del colector viajando a velocidades muy altas, porque a velocidades relativistas la densidad aparente del medio interplanterio o interstelar es mayor. El problema entonces es mantener la integridad del embudo colecto ya que las partículas que puedan chocar contra él lo harían a energías muy altas.
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padawan
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Registrado: Feb 17, 2005
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Ubicación: Mundo Bizarro
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 12:08 pm    Asunto: Responder citando

instanton escribió:
... un cohete con combustible químico, un cohete iónico, nuclear o incluso fotónico.

podrías explicar (someramente) cual es la idea para el funcionamiento del segundo y tercer tipo de cohete??


respecto a la proyección de gases para moverse, en la saga de Lucky Starr, hacen unos duelos en el espacio, con una especie de pistolas que expulsan algún tipo de vapor para moverse

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Endegal
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Registrado: Jan 30, 2005
Mensajes: 9363
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 1:20 pm    Asunto: Responder citando

La propulsión iónica no es sólo CF. Está probada, y con éxito desde hace bastantes años, la sonda Deep Space I, lanzada en 1998.

Básicamente, se trata de ionizar átomos de gas Xenón mediante corriente eléctrica. Estos átomos se ionizan (toman una carga positiva), con lo que los nuevos átomos ionizados se repelen y salen expulsados a gran velocidad.
Luego sólo hay que aplicar la Ley de Acción y Reacción para entender que la nave se desplace.


Cita:

Una idea atractiva (o repelente) para la propulsión.

El principio detrás del motor de la Deep Space I es muy parecido a lo que se siente cuando uno retira un par de medias calientes del secador de ropa en un frío día de invierno. Las medias se separan una de otra porque están cargadas electrostáticamente, y cargas iguales se repelen. El reto de la propulsión eléctrica espacial es cargar un fluido de modo que sus átomos puedan ser expelidos en una dirección, y así propulsar a la espacionave en la otra dirección. (izquierda): Un ingeniero del Centro Lewis de Investigación de la NASA prepara una prueba para el motor iónico de la DSI.

El combustible utilizado en el motor iónico de la Deep Space I es el xenón, un gas que es más de 4 veces más pesado que el aire. Cuando el motor iónico está funcionando, se emiten electrones desde un tubo hueco llamado cátodo. Estos electrones entran en una cámara con anillos magnéticos, donde chocan con los átomos de xenón. El impacto de un electrón sobre un átomo de xenón hace salir despedido a uno de los 54 electrones del xenón. Ésto da como resultado un átomo de xenón con una carga positiva, es decir, lo que se conoce como un ión.

En la parte posterior de la cámara, dos grillas de metal están cargadas positivamente una y negativamente la otra, con hasta 1.280 voltios de electricidad. La fuerza de esta carga eléctrica ejerce un fuerte tirón electrostático sobre los iones de xenón. Estos iones salen disparados por la parte trasera del motor a una velocidad de 100.000 km/h (60.000 millas por hora). A pleno acelerador, el motor iónico consumirá 2.500 watts de energía eléctrica, y producirá 1/50 de libra de empuje. Ésto es mucho menos que el empuje de aún los más pequeños cohetes químicos. Pero un motor iónico puede funcionar por meses, o aún por años, y es hasta 10 veces más eficiente.

Extracto de artículo publicado en: http://ciencia.astroseti.org/nasa/articulo.php?num=70 Hay más información interesante al respecto.



La propulsión iónica Europea:

http://www.lukor.com/ciencia/04111401.htm


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instanton
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Registrado: Feb 08, 2005
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MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 2:58 pm    Asunto: Responder citando

Padawan, creo que casi voy a abrir un hilo monográfico en el foro de ciencia en la ciencia ficción para explicar todos esos mecanismos de propulsión y en general sobre el tema de la propulsión de naves en la ciencia ficción, que se basa en las tecnologías existentes. Así podremos hablar largo y tendido.
Es muy interesante el texto que ha puesto Endegal y la referencia a los programas de la ESA. Es más la NASA incluso tiene proyectos de viaje interestelares, o mejor dicho para mandar sondas más allá de los límites del sistema solar, aunque sin llegar a otra estrella que ya seria mucha distancia con tecnología actual. Empleando velas solares.
Sin duda es un tema muy interesante.

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Endegal
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Registrado: Jan 30, 2005
Mensajes: 9363
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 3:24 pm    Asunto: Responder citando

La verdad es que me interesaría saber como funciona la propulsión por vela solar. ¿Por el impacto mecánico de los fotones sobre una superficie? Shocked

Como curiosidad de la propulsión en la CIFI, además de Arthur C. Clarke, creo que la Enterprise también la usaba, no sé en qué época de la serie, porque ultimamente oí algo acerca de "motores de deuterio"

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padawan
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Mensajes: 6799
Ubicación: Mundo Bizarro
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 4:55 pm    Asunto: Responder citando

gracias por la aclaración, Endegal

creo que sería muy interesante desarrollar todo este tema en un hilo en ciencia en la ciencia ficción, y ver como solucionan diversos autores el problema de la propulsión en el espacio, desde unas bases científicas, claro

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JRRR
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MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 6:29 pm    Asunto: Responder citando

AAG98 escribió:
¿Pero el tamaño del recolector de átomos de hidrógeno no sería el principal inconveniente? Rolling Eyes


¿No existe una idea de que el embudo en realidad sea un campo electromágnetico?


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Raistlin54
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MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 10:47 pm    Asunto: Responder citando

Bueno, me gusta ver la respuesta que ha tenido mi pregunta. Very Happy kuanto sabeis jeje. No se si me ha quedado suficientemente claro, lo que decis es que la nave se desplaza porque toda fuerza tiene otra en sentido contrario no?. Y al salir las particulas del cohete hacia un lado la nave se desplaza hacia el otro no?. No se si es ya insistir demasiado, o es porque no he sabido ver la respuesta en vuestros post, pero a mi lo que me intriga es la forma física de porque se desplaza la nave, es decir, al lanzar el chorro del motor hacia afuera, ¿qué pasa?, que unas partículas empujan a otras en el sentido opuesto?, o como?, no se, esque yo creia que el desplazamiento se producia por desplazamientos de aire etc... no se, mi nivel de física esta por los suelos o un poco más bajo... .

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Meteco
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Ubicación: En la entreplanta
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 10:58 pm    Asunto: Responder citando

A ver si con una mala analogía.

Es como cuando inflas un globo y se te escapa, va soltando el aire y el globo se mueve siempre en dirección contraria a la boquilla. Pues con un cohete lo mismo, es la salida del gas la que empuja la nave.

Miralo de esta forma. Para que el gas salga, algo tiene que empujarlo, y sólo puede ser la nave. Si la nave empuja es que hay una fuerza que ejerce. Como nada le ha proporcionado esa fuerza, para poder ejercerla debe haber una igual y en sentido contrario. Luego hay una fuerza que empuja la nave en contra de la dirección de los gases de escape.


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Raistlin54
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Ubicación: Cáceres
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 11:07 pm    Asunto: Responder citando

oks Very Happy esque a mi lo que me descolocaba era el tema de la falta de aire Smile, con lo del globo y tal, me imaginaba que al salir el aire movía el que habia alrededor y ese desplazamiento era el que impulsaba el globo, peor ahora creo que lo pillo jejeje.

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Endegal
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Mensajes: 9363
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 11:22 pm    Asunto: Responder citando

Cuando disparas un arma de fuego hay un retroceso. Ese retroceso es la misma fuerza con la que sale la bala, pero en sentido contrario. si en el momento de disparo, el conjunto (Rifle+Raistlin54) pesara lo mismo que la bala y no tuviera rozamiento con el suelo, el conjunto (Rifle+Raistlin54) saldría disparado a la misma velocidad que la bala, pero en sentido contrario.

Si estuvieras en el espacio y lanzaras una bola de plomo de 80 kg hacia delante, tu te desplazarías hacia atrás a una velocidad proporcional a la fuerza que has empleado para hacerlo.


La propulsión por "desplazamiento del aire" se produce en las turbinas de los motores de los aviones, por un efecto llamado "propulsión a chorro". Se trata de coger el aire que entra por delante y lanzarlo por detrás a mayor velocidad. Para esto, sí, se necesita una atmósfera. Wink

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Ubicación: Rhea
MensajePublicado: Dom Ago 28, 2005 11:26 pm    Asunto: Responder citando

Endegal escribió:
...si en el momento de disparo, el conjunto (Rifle+Raistlin54) pesara lo mismo que la bala y no tuviera rozamiento con el suelo, el conjunto (Rifle+Raistlin54) saldría disparado a la misma velocidad que la bala, pero en sentido contrario...


¡¡¡Qué ligeritos...!!! Rolling Eyes


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Shimaru
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Ubicación: México D.F.
MensajePublicado: Lun Ago 29, 2005 2:40 am    Asunto: Responder citando

Todo este interesante post me ha generado una duda un poco rara: si un astronauta estornuda, es impulsado en sentido contrario al estornudo, ¿no? Si pensamos en la velocidad a la que dicen que sale el aire expelido... ¿qué no el astronauta debería de salir disparado?

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La estupidez humana es infinitamente más interesante que su inteligencia, la inteligencia tiene sus límites, la estupidez no.

† Descanse en paz, 'Cucho'. †
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