O EmDrive é fácil

De tempos em tempos, usuários honestos da Internet ficam intrigados com os relatórios do mecanismo de microondas EmDrive, que consiste em um gerador e ressonador de microondas, e cria tração em violação às leis de conservação. A partir das descrições populares da invenção, é impossível entender o princípio de sua ação, mesmo entre os autores titulados. Parece que eles simplesmente não o conhecem.

Decidi me aprofundar um pouco e encontrei o que procurava em pelo menos duas fontes:
Descrição da patente de Roger Scheuer e artigo de Scheuer .

A invenção é essencialmente um ressonador de ondas de rádio fechado, delimitado por uma superfície cônica e duas superfícies planas - "coberturas", como mostrado na Fig. 1:

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Fig. 1

Acontece que o princípio de operação reivindicado era que, quando a onda eletromagnética se move para a extremidade mais estreita do ressonador, a velocidade da onda do grupo (V1) diminui, enquanto se move para a ampla ela aumenta (V2). Portanto, a reação quando a onda é refletida na extremidade larga do ressonador deve ser maior do que na estreita.

O impulso resultante (F) deve ser direcionado para a extremidade larga.

De fato, é sabido pela teoria dos guias de ondas que a velocidade do grupo de uma onda perto de uma frequência crítica depende fortemente do diâmetro do guia de ondas (aparentemente, esse cone foi considerado pelo EmDrive como um guia de ondas com seção transversal variável).

Além disso, a dependência direta do momento da onda na velocidade do grupo não contradiz a teoria. Mas, primeiro, o campo eletromagnético dentro do ressonador é considerado o resultado de uma superposição de ondas, cada uma das quais, ao se mover entre as paredes, não recebe nenhum incremento de velocidade e momento em valor absoluto, apenas muda de direção quando refletida nas paredes. Portanto, essas ondas não dão motivos para duvidar da lei de conservação do momento.

Em segundo lugar, as ondas carregam um impulso não apenas ao longo do eixo do guia de ondas ou do ressonador, mas também criam pressão (P) na parede cônica (Fig. 1). A resultante dessa pressão tem um componente axial (F1) direcionado oposto à força de tração (F) declarada por Scheuer. Ele não levou esse componente em consideração, mas não há razão para duvidar que essas forças se equilibrem.

Meu desejo de chegar à verdade se devia ao fato de que, há muito tempo, criei um mecanismo semelhante sem recuo, apenas com uma idéia mais simples e mais óbvia, que me proponho a garantir.

Para fazer isso, considere as forças que atuam no quadro com a corrente i (Fig. 2, parte superior),
cujas propriedades estão subjacentes à operação da maioria dos motores elétricos. As forças (F) atuando sobre os elementos do quadro tendem a quebrá-lo. Nesse caso, cada elemento do quadro corresponde a outro com a direção oposta da força que atua sobre ele, de modo que o resultante é igual a zero.


Fig.2

Exclua um pedaço do quadro, como mostra a Figura 2 abaixo. A corrente direta não pode mais fluir, mas, para uma corrente alternada, a folga não é um obstáculo devido à capacidade das extremidades abertas do quadro. Essa corrente no vazio é chamada de corrente de polarização; desempenha um papel importante na teoria de Maxwell do campo eletromagnético.

Como você pode ver, a força F aplicada ao elemento direito da estrutura agora não é equilibrada pelo elemento esquerdo, que não existe e a estrutura deve receber impulso, contrariamente à lei de conservação.

A corrente nesse quadro aberto pode não ser muito pequena. Se a frequência atual se aproxima da ressonância para determinados tamanhos (a teoria das linhas longas), seu valor se aproxima da corrente de curto-circuito.

A propósito, a radiação nesse argumento não desempenha um papel, pois você pode colocar o quadro na tela ou substituí-lo por um segmento de uma linha coaxial fechada. Um modelo desse tipo de dispositivo foi construído e testado, mas não chegou a publicações e fama mundial.

PS Eu testei a idéia com a estrutura em um dispositivo a partir de um ressonador coaxial de quarto de onda e um gerador de tubo sintonizado para uma frequência de cerca de 400 MHz. A forma de um ressonador coaxial é um segmento muito ampliado de uma linha de transmissão coaxial fechada em uma extremidade. O resultado foi zero.
A descrição não é uma oferta para construir e experimentar, é um bom exemplo de um paradoxo físico que todo leitor pode tentar resolver.