【原】（动量守恒）反冲的应用：火箭

本号一直专注做高中物理知识的相关知识，欢迎大家转发到朋友圈、微信群；如转载请注明出处。谢谢各位的支持！

点击查看：【图文版】使用本号方法说明

反冲的应用：火箭
火箭的工作原理是反冲运动，其反冲过程动量守恒．它是靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前速度的．当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得大小相等、方向相反的动量．当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行．当然，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，研究时应该取火箭本身和相互作用的时间内喷出的气体为研究对象． 影响火箭获得速度大小的因素： (1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 000～4 000 m/s. (2)火箭的质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比,决定于火箭的结构和材料．现代火箭能达到的质量比不超过10.喷气速度越大，质量比 越大，火箭获得的速度越大．  用途：主要用来发射探测仪器、常规弹头或核弹头、人造卫星或宇宙飞船，是宇宙航行的运载工具.

例1：设火箭在Δt时间内喷射燃气的质量是Δm，喷出燃气的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m。设法算火箭获得的速度v。（忽略阻力和重力的影响）

解：火箭的壳体和火箭内的气体组成系统，在燃气喷出的过程中，动量守恒。根据动量守恒定律，选与火箭相对静止的物体为参考系，火箭原来的动量为零，喷气后火箭与燃气的总动量仍然为零。    

即：

mv  +   Δmu  =0

解得：v = -Δmu/m

通过上式v=-Δmu/m，可以看出火箭所获得的速度与那些因素有关?

（1）u越大，Δm/m越大火箭获得的速度越大。

（2）现代火箭的喷气速度在2000—4000m/s。

（3）火箭起飞时的质量与火箭除去燃料外的壳体质量之比叫做火箭的质量比，这个参数一般小于10。

         要提高喷气速度，就要使用高质量的燃料， 目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。 

         目前的技术条件下，要发射人造卫星，用一级火箭还不能达到所需的速度，必须用多级火箭。每一级燃烧完后，这一级的外壳对火箭来说是负担了，要把这一级的外壳丢掉，剩下的下级就可以轻装上阵，继续上升。

例题2：一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1 000 m/s.设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒钟喷气20次．

      (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？

      (2)运动第1 s末，火箭的速度多大？

练习：

1.在沙堆上有一木块，质量M＝5 kg，木块上放一爆竹，质量m＝0.10 kg.点燃爆竹后木块陷入沙中深5 cm，若沙对木块运动的阻力恒为58 N，不计爆竹中火药质量和空气阻力．求爆竹上升的最大高度．(取g＝10 m/s2)

解析：这是一道动量守恒定律在反冲现象中的应用题，既考查了动量守恒定律，又考查了竖直上抛运动和牛顿运动定律等内容．

      火药爆炸时内力远大于重力，所以爆炸时动量守恒，取向上的方向为正方向，由动量守恒定律得

mv－Mv′＝0 ①  (式中v、v′分别为爆炸后爆竹和木块的速率)

请点击“在看”，传递您的知识 ↓