1964年,酷夏的戈壁滩,一枚中国火箭准备发射升空.但是由于天气炎热,火箭推进剂温度升高,不能将燃料箱注满推进剂,导致射程不够.既然射程不够,应该增加推进剂,很多人都在沿着这条思路苦思冥想.这时一个年轻人站出来提出:“泄出600公斤燃烧剂,也许可以解决问题.”大家都对这个年轻人的想法感到不可思议.后来,年轻人向技术总指挥钱学森反映:箭体的质量直接影响到射程,泄出一些燃料,不就等于减轻了箭体的自身的质量么?这样火箭不就可以飞得更远吗?钱学森认真听取了他的想法后,当即拍板:“我看这个办法行!”不久,大漠中一声巨响,火箭发射试验圆满成功.这个年轻人就是获得2004年国家最高科学技术奖的王永志.
李明同学看完了上述材料后.根据自己的实际水平决定对火箭竖直上升阶段的运动进行一些研究.他用平均推力(常量)代替火箭从开始发射到上升至设计的最大竖真高 度过程中所受推力,并且用平均质量代替火箭在这个过程中的质量.忽略空气阻力作 用.李明用他学过的知识研究发现,泄出部分燃料后火箭上升到设计的竖直最大高度时,可以获得更大的速度.
请你按照李明同学的思路论证出:泄出部分燃料后火箭上升到设计的竖真最大高度时,可以获得更大的速度.
解:设火箭竖直上升阶段的平均推力为
,平均质量为
,加速度为a,根据牛顿第二定律有:
由于火箭泄出部分燃料后平均质量
减小,平均推力是常量
,所以火箭竖直上升的加速度a增大.
因为火箭上升设计的最大高度h为定值,所以由
可知,加速度a增大,火箭获得的速度v
t也将增大.
答:证明如上所示.
分析:根据牛顿第二定律知,泄出燃料后,质量减小,加速度增大,根据速度位移公式知,高度一定,则获得的速度增大.
点评:本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.