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。

首先,如果轮子转速达到每秒3185转,轮子边沿的线速度早就超过光速了,加速能量不是问题,用核能持续加速就达到了,假设是铝金属轮子,厚度0.01米,直径30000米,密度2700kg/m3,它的质量是28574000000kg,根据F=ma,当a=1000m/s*s时,则F=28574000000kg*1000=2.8574E13kg,这么大的力核能实现起来不难,要加速到光速,持续加速833.334小时就超过光速了!第二,问题不在能量和速度能不能达到,而是铝原子之间的结合力是否能抗住离心力的撕扯,现实情况是:当速度达到某个数值但未达到光速前,这个轮子早已变成铝原子飞出去了,即便你是核能驱动,也没有受力点可以继续加速轮子!严重的话,铝轮子直接变成质子、中子、电子四处飞散,轮子早就消失了。所以,不是物体能不能加速到光速的问题,而是物体能不能存在的问题,爱因斯坦的错误就在忽视了这个本质,而错误的断定速度越大质量增加越大,才不能加速物体到光速。

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。

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!

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

V=30π?3000公里/秒=282,743.334公里/秒

光速是变量,再转快点,超某个光速没问题。就是轮子的材料扛不住。

说光速不变,299,792.458km/s是宇宙最大速度,是人类认知上犯下的低级错误。

以目前的科学技术水平,一个三十公里直径的轮,加速到3000转,它的速度还不能达到光速。

问题中的转速3000转不明确,是3000转/分,还是3000转/秒,还是其他,应该明确。

在数学模型中,可以根据轮的直径及转速,计算出轮的边缘线速度能否达到光速。也可以根据轮的直径及轮边缘的线速度达到光速时,轮盘所需的转速。这个用高中数学和物理知识就可以计算出来的。

在现实中,很难做到,有2个方面的问题。

第一个问题是动力驱动问题,30公里直径的轮子的质量应该很大,达到光速所要求的轮子转速很高,那么驱动功率也会很大。目前,还没有这么大功率的驱动装置。

第二个问题是材料问题,用什么材料做轮子。在地球上已知的可用的材料中,不管选哪一种,在达到光速时,其离心力足以把材料分崩离析。

当然,还有其他很多辅助装置,也不一定能做得出。

不过,随着历史的进程,物理理论和材料科学的不断发展,也许有一天会做到,甚至它的速度会超过光速。

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!

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!

很多人做思想实验的时候,一点都没考虑到物理特性。一个直径30公里的轮,已经不是能不能达到光速的问题了,而是他能不能建起来,他能不能建成功的问题。就目前现有的人类已知的或者预测的未来的材料,没有一个材料能借出这么大的轮,在有重力的情况下。在没有重力的情况下倒是能借出来,但是要让一个直径30公里轮转动施加的力将是无比巨大的,无论这个力施加到哪个部位,这个部位都将瞬间解体,因为没有任何材料能够承受这么强大的力。

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