| 火箭这东西,我们汉人一千年前就发明。基本工作原理是火箭里面装了药,点火之后向后面喷出气来,火箭受到反作用,于是往前飞。现在有一个问题,假设火箭喷出的气体相对于火箭的速度是u。开始点火是质量是m, 那火箭 喷完燃料后的速度是多大?
这个问题如果用到动量守恒的概念一分钟就算出来了。让我们用牛顿第二定律算算看。
假设在某个时刻,火箭的速度为v, 那么里面剩的的燃料就在与火箭以同样的速度运动,但是之后,这些燃料被反向喷出去了。假设在一段时间dt内,喷出燃料质量为 --dm, 那么我们知道,这些燃料产生的平均力是:f=dm*a=dm * u/dt 所以火箭的加速度是
a = f/m = (-dm*u/dt)/m
因此
a*dt = -u * dm/m
a*dt 就是dt时间内火箭的速度变化。把这个速度变化全部加起来,就是最后的速度了。
但不幸的是,右边 m是火箭的质量,是在变化的,要算这个需要所谓积分。1/m对m积分是 ln(m)
所以,我们有 v = u ln(M0/M1)
M0是火箭开始时的质量,M1是最后的质量。
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