PropulsioneSenzaRinculo

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Ma anche no.

Ecco un errore abbastanza comune, che porta la gente a pensare che sia possibile creare una propulsione senza reazione: immaginiamo due particelle cariche positivamente, trattenute ad una distanza fissata D da una qualche struttura. Le particelle esercitano forze uguali e opposte l'una sull'altra, e trasmettono queste forze alla struttura, così che la forza netta su di essa è zero. Ora ci potremmo immaginare di "spegnere" in qualche modo una delle due cariche in modo che non sia più soggetta ad alcuna forza elettromagnetica. Ma poiché il 'campo' emesso da questa particella si propaga alla velocità della luce, cioè non è istantaneo, per un breve tempo D/c la particella superstite continuerà a subire una forza repulsiva, sbilanciando il sistema.

E' facile vedere l'errore osservando semplicemente che la carica si conserva, quindi non possiamo 'spegnere' la particella.

E a questo punto qualche proponente particolarmente convinto suggerirà di variare lo scenario e, anziché due particelle cariche, considerare due elettromagneti, o due bobine. Certamente, un elettromagnete può essere spento, per cui potrebbe sembrare che in questo modo la nostra propulsione senza reazione sia realizzabile. Questo sarebbe magari vero, all'inizio del ciclo, se la forza sulla bobina spenta andasse istantaneamente a zero quando si toglie l'energia, e se la forza di repulsione continuasse ad essere subita dalla bobina ancora accesa per tutto l'intervallo di propagazione.

Ma il campo che circonda un elettromagnete non sparisce semplicemente quando si spegne il circuito, perché un campo elettrico variabile induce un campo magnetico e viceversa. Come risultato, ci saranno dei transitori significativi quando spegniamo la prima bobina. E questi transitori agiranno anche sull'altra bobina e il suo campo, perché fra le due bobine avevamo stabilito un accoppiamento induttivo. Faraday avrebbe detto che le "linee di forza" che congiungono le due bobine collassano; non è corretto dipingere questa situazione come la sovrapposizione di due campi statici indipendenti, uno dei quali può essere cancellato per magia a velocità superiore a quella della luce.

Quindi, in un certo senso l'errore che si commette è lo stesso del caso della particella che svanisce, ovvero consiste nel dimenticarsi delle leggi di conservazione, che automaticamente fanno sì che anche il momento si conservi.

Naturalmente, un altro effetto della brusca variazione nei campi combinati delle due bobine è che un po' di energia viene irradiata sotto forma di una onda elettromagnetica. Siccome il nostro sistema è asimmetrico, l'onda irradiata sarà pure asimmetrica, e quindi potrebbe benissimo trasferire una certa quantità di momento in una qualche direzione. In questo senso, possiamo ottenere un effetto propulsivo. Ma non è senza reazione. La reazione avviene contro il momento della radiazione elettromagnetica emessa.

Potremmo dire che la conservazione del momento (che è incorporata nelle leggi fondamentali dell'elettrodinamica) è quello che impedisce a un campo EM di svanire all'istante. Quando togliamo energia ad una bobina, stiamo semplicemente variando le condizioni al contorno, e come reazione il campo si riconfigura, in accordo con le leggi di Maxwell (e inducendo dei transitori di compensazione nelle bobine) per raggiungere un nuovo stato stazionario. E' vero che uno dei limiti di questa riconfigurazione è che i cambiamenti possono propagarsi solo alla velocità della luce, ma un altro vincolo è che il momento si conservi. Quest'ultimo è una proprietà delle equazioni di Maxwell, così come delle leggi di Newton. L'unica forza propulsiva netta che emergerà sarà quella dovuta all'asimmetria di radiazione, che è evidentemente non senza rinculo, visto che un'onda con energia E trasporta momento, ed emettendo quell'energia, il sistema riduce la propria massa a riposo dell'equivalente di E/(c^2).

Ora potrebbe sembrare possibile la creazione di una propulsione senza reazione usando semplicemente trasmettitori e ricevitori elettromagnetici, sfruttando il ritardo fra la trasmissione e la ricezione, ma anche questo non funziona. Per vederlo, possiamo pensare di visualizzare delle piccole particelle che trasportano momento, scambiate fra le due bobine ce si respingono e che sono tenute ad una distanza fissa D, per esempio a prua e a poppa di una astronave. Immaginiamo due flussi continui di questi "momentoni" emessi da una bobina e assorbiti dall'altra. La forza su ciascuna bobina è composta da due parti: il "rinculo" dei momentoni che emette, e il momento assorbito dai momentoni in arrivo dall'altra bobina. In queste condizioni le due bobine esercitano l'una sull'altra forze uguali e opposte, e l'effetto sull'astronave è complessivamente zero.

Adesso spegniamo la bobina di poppa, per cui non emette più momentoni e la forza su di essa diventa la metà (l'altra metà, dovuta all'assorbimento dei momentoni provenienti da prua, rimane invariata). Per un breve periodo D/v, essendo D la lunghezza della nave e v la velocità dei momentoni, la bobina di prua sta ancora assorbendo i momentoni di poppa rimasti in volo, oltre ad emettere i propri, per cui essa è soggetta alla forza intera.

La risultante forza sposta la nave in avanti, fino a che tutti i momentoni di poppa sono assorbiti e ritrasmessi, la bobina di prua non ha più momentoni da emettere (perché non può crearli dal nulla, e si sono accumulati tutti a poppa) e le forze si equilibrano nuovamente in verso opposto, sinché la nave si arresta (relativamente al sistema di riferimento nel quale si trovava alla partenza).

Il processo nel suo complesso ha spostato un numero di momentoni dalla prua alla poppa, sicché il centro geometrico della nave adesso si è spostato leggermente all'indietro. Come risultato, il centro di massa del sistema è rimasto immobile. Questo è il punto centrale da tenere in mente: tutti i processi coinvolti obbediscono alle leggi di conservazione della quantità di moto, per cui, finché particelle portatrici di quantità di moto non abbandonano la nave, il centro di massa di questa non si può muovere. Questo è vero anche se la massa a riposo delle particelle in fuga è zero, purché la loro quantità di moto non lo sia.