动量守恒定律、火箭发射原理讲解

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只不过在发射时需要克服地球的重力和空气摩擦力,比如喷射速率为2300米每秒, 排出速率为300千克每秒时,火箭推力为6.9x10^5N。而不是需要空气火箭才能 飞行;当然一级火箭的燃料是有限的,现实中则采用火箭分级的方式把目标物体 送入太空,情况就要复杂得多。
火箭发射涉及到做功问题,因此下一章讲解《人感觉到累就一定对物体做功吗, 力对空间的积累解密和尚抬水问题》
可以看出在火箭尾部产生了一个推力s*(dm'/dt),他的大小仅与粒子流的喷射速 率s和粒子排出率(dm'/dt)有关,至于喷射出去的粒子最后变成什么样则不重要了。
在太空中时,可认为火箭系统所受合外力为零,即m'*(dv/dt) = s*(dm'/dt),所 以只要火箭发射出去,不管有没有空气,火箭都能加速;
如图所示,在t至 t+Δt时间内,火箭尾部喷射出质量为Δm的粒子,且相对于火箭的速度为s,显然 此时需要将粒子流、火箭、燃料看成一个系统;在t时刻,系统的动量为p(t)=m'v, 在t+Δt时刻,系统的动量为p(t+Δt)=[(m'-Δm)*(v+Δv)]+[Δm(v+Δv+s)],
式子中的前一项为火箭和燃料的总动量,后一项为粒子的动量,由相对运动可知 粒子相对于地面的速度还需要加上火箭速度,也就是以火箭和燃料为静止参考系 时,粒子在运动的同时还相对于火箭以-(v+Δv)的速度运动,于是粒子的速度就是 v+Δv+s,那么在这段时间内火箭动量的增量就是Δp = p(t+Δt)-p(t) = m'Δv+sΔm;
《火箭在没有空气的外太空如何飞行, 动量守恒定律揭开谜底》
பைடு நூலகம்
上一章讲了质点系的动量定理,如果质点系所受的合外力为零,即只有系统内的 质点动量发生改变,对外表现为恒定,那么我们就称该系统的动量守恒。虽然系 统的动量守恒需要条件,但是在某些特殊情况下系统的动量仍然可以看作是守恒 的,因为外力和系统的内力相比,完全可以忽略不计;比如在爆炸过程的前后, 重力对爆炸粒子动量影响非常小,所以处理爆炸问题时,可认为系统动量守恒。
系统的动量守恒在生活中应用得非常广泛,其中火箭的发射就是系统动量守恒的 典型应用,以前看到很多人说太空中没有空气,火箭是靠什么得到反作用力的呢? 现在我们就来一步一步地用前面所学的知识,分析火箭究竟靠什么飞行。现在假 设有一个没有空气阻力的空间,里面有一个待发射的火箭,受到的外力为重力, 火箭加上燃料一起的总质量为m',相对于地面的速度为v,
那么动量随时间的变化率就是dp/dt = m'*(dv/dt)+s*(dm/dt), 又因为 dm/dt来自于火箭的喷筒,即燃料的减少,对于火箭来说是速率是负的, 所以有dm/dt = -(dm'/dt), 于是dp/dt = m'*(dv/dt)-s*(dm'/dt),
由于火箭系统的外力F为重力, 即m'*(dv/dt)=F + s*(dm'/dt),
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