解析 取炮弹与炮车组成的系统为研究对象,因不计炮车与地面的摩擦,所以水平方向动量守恒.炮弹发射前,系统的总动量为零,炮弹发射后,炮弹的水平分速度为v0cos α,根据动量守恒定律有:mv0cos α-Mv=0
所以炮车向后反冲的速度为v=.
二、火箭的原理
1.火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比(火箭起飞时的质量与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.
【例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?
答案 (1)2 m/s (2)13.5 m/s
解析 火箭喷气属反冲现象,火箭和气体组成的系统动量守恒,运用动量守恒定律求解.
(1)选取整体为研究对象,运用动量守恒定律求解.
设喷出三次气体后火箭的速度为v3,
以火箭和喷出的三次气体为研究对象,据动量守恒定律得:(M-3m)v3-3mv=0,故v3==2 m/s
(2)发动机每秒钟喷气20次,以火箭和喷出的20次气体为研究对象,根据动量守恒定律得:(M-20m)v20-20mv=0,故v20==13.5 m/s.