火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素决定.
2.火箭喷气属于反冲类问题,是动量守恒定律的重要应用.在火箭运动的过程中,随着燃料的消耗,火箭本身的质量不断减小,对于这一类的问题,可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象,取相互作用的整个过程为研究过程,运用动量守恒的观点解决问题.
一火箭喷气发动机每次喷出m=200 g的气体,气体喷出时的速度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,火箭的速度为多大?
(2)运动第1 s末,火箭的速度为多大?
[思路点拨] 火箭喷气属于反冲现象,火箭和气体系统动量守恒.运用动量守恒定律求解时,注意系统内部质量变化关系.以每喷出一次气体列一次方程,找出对应规律分步求解.
[解析] 法一:(1)喷出气体的运动方向与火箭的运动方向相反,气体和火箭系统动量守恒.
第一次气体喷出后火箭速度为v1,有
(M-m)v1-mv=0,所以v1=
第二次气体喷出后,火箭速度为v2,有
(M-2m)v2-mv=(M-m)v1,所以v2=
第三次气体喷出后,火箭速度为v3,有
(M-3m)v3-mv=(M-2m)v2
所以v3==m/s≈2 m/s.
(2)由上面推导可知,第n次气体喷出后,火箭速度为vn,有(M-nm)vn-mv=[M-(n-1)m]vn-1
所以vn=
因为每秒喷气20次,所以1 s末火箭速度为
v20== m/s≈13.5 m/s.