Die Antwort von mcRobusta ist für den Kreisbeschleuniger sehr gut geeignet. Die Formel ist in der Tat$F=\frac{m v^2}{r}$. Aber um es mit dem linearen Fall zu vergleichen, betrachten Sie eine lineare Waffe mit Lauflänge$d=2 r$. Bei konstanter Beschleunigung ist die Austrittsgeschwindigkeit$\sqrt{2 d a}$. Das heißt, um eine Geschwindigkeit von zu erhalten$v$Sie benötigen eine Kraft wie folgt.

Das heißt, um Ihre Masse um den Ring herum zu halten, müssen Sie sie viermal so stark beschleunigen, um sie in einem Durchmesser auf die gleiche Geschwindigkeit zu bringen. Was nicht so seltsam ist, da Sie die Masse tatsächlich mit ihrer maximalen Geschwindigkeit hin und her schleudern, was bedeutet, dass Sie in einem Radius von voller Geschwindigkeit "links" zum Anhalten und dann in einem Radius zurück zu voller Geschwindigkeit "rechts" gehen müssen .

Wenn Sie also eine geringere Kraft verwenden möchten, ist die lineare Pistole um den Faktor 4 am besten.

Bearbeiten: Um auf den Kommentar zu antworten. Der Ring muss die Masse mit einer Kraft beschleunigen$F=\frac{m v^2}{r}$ die ganze Zeit , bis es losgelassen wird, nur um es im Ring auf Geschwindigkeit zu halten. Außerdem müssen Sie die Kraft aufbringen, die es auf diese Geschwindigkeit bringt. Der einzige Vorteil des Rings ist, dass die Anlaufbeschleunigung kleiner sein kann. Und das ist nur dann von Vorteil, wenn Sie eine relativ billige (kraft- und energietechnische) Möglichkeit haben, die Masse im Ring weiterdrehen zu lassen. Und das ist ein Problem, für das ich keine Lösung sehe. Das Drehen einer Masse mit Elektromagnetismus zum Beispiel verbraucht genauso viel Energie, um sie in einem Ring zu bewegen, als entlang einer geraden Linie.

Zusätzliche Bearbeitung: Die Ausfallarten eines Rings dieser Art werden spektakulär sein. Die Energie in den Elektromagneten wird sehr wahrscheinlich ein Vielfaches der Energie in der Masse sein. Es ist gut möglich, dass sich der Ring in Plasma verwandelt, wenn Sie irgendeine Art von Fehler haben. Und die Masse würde in irgendeiner zufälligen Richtung austreten.

Sollten mich meine militärischen Vorgesetzten mit einem solchen Gerät beauftragen, würden Sabotage und Desertion nach ziemlich guten Karriereschritten aussehen.

Noch weiter bearbeiten: Ich habe gerade McRobustas Absatz über den elektromagnetischen Ring bemerkt, der die Kraft nicht an das Schiff übermittelt. Isaac Newton lässt sich nicht täuschen! Die Kraft, die Sie mit Elektromagnetismus auf das Projektil ausüben, entspricht genau der Kraft, die das Schiff spürt. Dies ist Newtons drittes Gesetz. Wenn Sie die Masse mit welchen Mitteln auch immer schieben, drückt die Masse zurück. Elektromagnetischer Antrieb ist in dieser Hinsicht kein kostenloses Mittagessen.

Das bedeutet übrigens, dass der Ring ein Drehmoment auf das Schiff ausübt, wenn sich die Masse dreht. Wahrscheinlich ist das für die Navigation unbequem, selbst wenn die Struktur des Schiffes den Kräften standhalten kann.

Unser Freund Isaac Newton kann uns hier mit seiner Kreisbewegungsgleichung weiterhelfen:

$F = \frac{mv^2}{r}$

Dabei ist F die erzeugte Kraft, m die Masse Ihres Objekts, v die lineare Geschwindigkeit Ihres Objekts und r der Bewegungsradius. Wie Sie sehen können, wird die Geschwindigkeit, die Sie erreichen möchten, mehr Einfluss haben als Ihre Masse (die übrigens immer noch ein Problem darstellt).

Basierend auf Ihren Zahlen setzen Sie Ihren Beschleuniger einer Kraft von 6 Milliarden Newton aus. Dies wird wahrscheinlich dazu führen, dass es in winzige Stücke zerbricht. 30 km/s sind übrigens Mach 88 (88-fache Schallgeschwindigkeit). Diese Rotationskraft reicht aus, um New York City in den Weltraum zu schleudern – Sie müssen einige interessante Bedürfnisse haben.

Wenn Sie Ihre Kanonenkugel mit Mach 1 (340 Meter pro Sekunde) laufen lassen, wird immer noch ein großes Loch in das reißen, worauf Sie sie abfeuern. Sie werden 771.000 Newton Kraft auf Ihr Gaspedal ausüben, was es in einem ausreichend großen Maßstab bewältigen können sollte.

Eine letzte, interessantere Anmerkung: Die Geschwindigkeit eines Objekts auf einer kreisförmigen Bahn wirkt tangential zum Kreis, aber die Beschleunigung (und damit die Kraft) wirkt in Richtung des Kreismittelpunkts. Da sich die Richtung der Geschwindigkeit in einem Kreis ständig ändert, wird jedes Objekt in Kreisbewegung mit dieser Kraft beschleunigt . Etwas, das Sie bei Ihren Entwürfen berücksichtigen sollten.

BEARBEITEN: Haben Sie darüber nachgedacht, das Projektil als Punktladung in einem Magnetfeld zu modellieren und es radial zu beschleunigen?

Meine Mathematik muss hier vielleicht etwas nachgebessert werden, aber mit den Gleichungen für die magnetische Flussdichte können wir sehen:$F = BQV = \frac{mv^2}{r}$

wobei B die magnetische Feldstärke ist, Q der Wert der Punktladung ist, die durch das Feld geht, und V die Geschwindigkeit dieser Ladung ist. Damit erhalten wir dann:

$BQ = \frac{mv}{r}$

Wenn Sie Ihre Zahlen wieder einsetzen, stellt sich heraus, dass das Produkt aus unserer Magnetfeldstärke und der Ladung des Teilchens 200.000 Tesla Coulomb betragen muss . Teslas sind aufgrund ihrer exponentiellen Natur schwerer zu erhöhen als Coulombs, also sollten wir diese niedrig halten. Wir können bereits bis zu 45 Tesla produzieren, sagen wir also, wir können 50 auf Ihrem Raumschiff produzieren . Dies bedeutet, dass Ihr Projektil eine Ladung von 4.000 Coulomb benötigt (was immer noch viel ist), aber vorausgesetzt, Sie halten es in einem Vakuum und es ist perfekt kugelförmig, können Sie die Gaußschen Gesetze verwenden, um den Strom zu berechnen, der im Projektil und im gehalten werden muss welchen Abstand er von seinen umschließenden Magneten haben muss, um diese Austrittsgeschwindigkeit in einer bestimmten Zeit zu erreichen.

Ohne selbst Zahlen zu knacken, sieht es nicht so schlecht aus. Außerdem ist die Kraft Ihres Projektils beim magnetischen Einschluss bedeutungslos, da es auf keiner mit Ihrem Schiff verbundenen Oberfläche tatsächlich eine Nettokraft erzeugt.

EDIT II: Elektrisches Boogaloo

Wie von @Efialtes in den Kommentaren unten vorgeschlagen, würde dieses System eine lächerliche Menge an Energie erfordern. Durch Einwechseln

$E_K = \frac{1}{2}mv^2$,

Wir können berechnen, dass die Energie des Projektils 0,45 TeraJoule beträgt. Ich kann nicht anfangen zu quantifizieren, wie groß das ist.

Außerdem müsste das Feld in der Lage sein, alle fünf Sekunden eine Million Kilogramm zu verschieben, um diese Leistung zu erzeugen. Unter Verwendung von Gleichungen für elektrische Energie (und unter der Annahme, dass das Gerät zu 100 % effizient ist) würde der Betrieb dieses Geräts für zehn Sekunden ein Terawatt Saft erfordern. Wenn Sie es vorziehen, können wir davon ausgehen, dass dieses Gerät einen Innenwiderstand von 10.000 Ohm hat (was sehr niedrig wäre). Ich kann Ihnen dann sagen, dass dies eine kontinuierliche Versorgung mit 2,08 MegaAmps erfordern würde . Es braucht einen Megaamp, um atomare Teilchen in einem überhitzten Plasma zu verschmelzen , also beneide ich wirklich niemanden, der damit beauftragt wird, so etwas zu entwerfen.

Entschuldigung, aber die Anforderungen an die Energie wären so groß, dass eine Coilgun verboten wäre. Außerdem gibt es, wie andere Leute bereits erwähnt haben, das Problem, die Waffe zu verspannen.

Ein Teilchenbeschleuniger hingegen könnte funktionieren. Sie benötigen viel weniger Energie, haben eine viel höhere "Mündungsgeschwindigkeit" und haben eine größere Reichweite. Davon abgesehen würde die benötigte Energiemenge immer noch ausreichen, um das Schiff sofort zu zerstören, wenn der Beschleuniger beschädigt werden sollte.

Anstatt mit Energiewaffen herumzuspielen, schlage ich vor, einfach eine Centripetal Cannon zu verwenden. Sie sind viel billiger, ihre Reichweite ist ähnlich der einer Coilgun, und die beim Abfeuern benötigte Energie ist gering genug, dass der Fehlermodus "überladene Plasmaleitungen" anstelle von "sofortiger Tod durch Umwandlung in Plasma" wäre. Insgesamt ist es ein viel besseres Waffensystem.