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微元法解决连续质量变动问题:宇宙飞船如何在微粒尘区保持速度不变

更新时间:2024-09-22 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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1、要点1:用动量定律分析连续体相互作用的方法,就是利用动量定律的方法。具体步骤如下:(1)确定短时间t内的连续体作为研究对象;(2)写出t内连续体的质量m与t的关系;(3)分析连续体m受力和动量的变化;(4)利用动量定律建立公式,求解点对点算例。航天器在飞行过程中需要解决的技术问题很多,其中之一就是如何在航天器进入宇宙尘区时,保持航天器的速度恒定。中国科学家解决了这个问题,使“神舟五号”飞船得以成功飞行。假设有一艘航天器,其正面面积为S0.98平方米,它以v2103米/秒的速度进入宇宙尘区。尘埃区中每 1 立方米空间中有一个粒子。每个粒子的平均质量为 m2104 克。如果航天器的速度保持不变MJz物理好资源网(原物理ok网)

2.若航天器的速度发生变化,那么航天器的牵引力应该增加多少?(假设粒子与航天器碰撞后附着在航天器上) 解答指南 由于航天器的速度不变,所以增加的牵引力应该等于粒子对航天器的作用力,根据牛顿第三运动定律,这个力也等于航天器对粒子的作用力。只需要求出粒子在时间t内的质量,然后利用动量定理求出航天器对粒子的作用力,就可以得到航天器增加的牵引力。 粒子在时间t内附着在航天器上的质量为:MmSvt。假设航天器对粒子的作用力为F,由动量定理可得:,即FmSv2。代入数据可得F0.784 N。 答案 0.784 N 方法 注释 对于这类质量连续变化的问题,关键在于研究对象的选取,通常采用的方法是选取在时间t内发生相互作用的变质量物体作为研究对象高中物理 微元法,确定相互作用前后的动量,然后利用动量定理求出在时间t内发生相互作用的变质量物体的质量。MJz物理好资源网(原物理ok网)

3、理解问题1:为估算雨滴撞击池塘睡莲叶片时产生的平均压强,小明在下雨天在露台上放置一个圆柱形水杯,测量1小时内杯中的水位上升了45mm。经查询,当时雨滴的垂直下落速度约为12m/s。据此估算出压强约为(假设雨滴打在睡莲上后没有反弹,忽略雨滴的重力,雨水的密度为/m3)()A 0.15Pa B 0.54Pa C 1.5Pa D 5.4Pa 答案A 解析:由题意可知1小时内水位上升45mm,故可知每秒水位上升的高度为:hm,t秒内雨水对睡莲叶片的冲量为:(S底h)v,雨滴对睡莲叶片的压强为:phv 0.15Pa高中物理 微元法,故选项A正确。 图12 如图1所示,水力采煤时,用水枪喷射出强大的高压水柱对煤层进行冲击。设水柱直径为d30厘米,水速v50米/秒,假设水柱射在煤层表面,冲击到煤层后水速变为零,求水柱对煤层的平均冲击力(水的密度为1./m3)。答案为1.。分析:设在短时间t内,水枪射出的水的质量为m,则mSvt。以m为研究对象,如图所示,其在时间t内的动量变化为pm(0v)Sv2t。设F为水对煤层的平均力,即冲击力,F为煤层对水的反冲力。以v的方向为正方向,根据动量定理(忽略水的重力),有,即FSv2。根据牛顿第三运动定律可知FFSv2,公式中将Sd2代入数据可解得F1.77105 N。MJz物理好资源网(原物理ok网)

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