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反冲运动

反冲运动:如果一个静止的物体在内力的作用下分裂成个部分,部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。 反冲运动中,物体受到的反冲作用通常叫做反冲力。此过程遵循动量守恒定律

反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处,相互作用力常为变力,且作用力大,一般都满足内力>>外力,所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。

⑴ 反冲运动的问题中,有时遇到的速度是相作用的两物体间的相对速度,这时应将相对速度转化成对地的速度后,在列动量守恒的方程。

⑵ 在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动,如火箭在运动过程中,随着燃料的消耗火箭本身的质量不断在减小,此时必须取火箭本身和在相互作用时的整个过程来进行研究。

例如:火箭、水轮机或灌溉喷水器等。

系统在内力作用下,当一部分向某一方向的动量发生变化时,剩余部分沿相反方向的动量发生同样大小变化的现象。火箭等都是利用反冲运动的实例.若系统由两部分组成,且相互作用前总动量为零。一般为物体分离则有 0=mv+(M-m)v‘ , M是火箭箭体质量,m是燃气改变量。(参考系的选择是箭体)

喷气式飞机(不属于反冲运动)和火箭的飞行应用了反冲的原理,它们都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度的。现代的喷气式飞机,靠连续不断地向后喷出气体,飞行速度能够超过1000m/s。

质量为m的人在远离任何星体的太空中,与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用,他与飞船总保持相对静止的状态。

根据动量守恒定律,火箭原来的动量为零,喷气后火箭与燃气的总动量仍然应该是零,即mΔv+Δmu=0 解出Δv= -Δmu/m(1)

(1)式表明,火箭喷出的燃气的速度越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大,火箭获得的速度越大。现代火箭喷气的速度在2000~4000 m/s,近期内难以大幅度提高,因此要在减轻火箭本身质量上面下功夫。火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的质量比,这个参数一般小于10,否则火箭结构的强度就成了问题。但是,这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9 km/s的速度。

为了解决这个问题,苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起,第一级燃料用完之后就把箭体抛弃,减轻负担,然后第二级开始工作,这样一级一级地连起来,理论上火箭的速度可以提得很高。但是实际应用中一般不会超过四级,因为级数太多时,连接机构和控制机构的质量会增加得很多,工作的可靠性也会降低。



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