Естественные науки
расчёт скорости ракеты с двигателем у которого время горения составляет -1.6 (сек)
как найти скорость ракеты если известно что время горения топлива двигателя составляет-1.6(сек)
Вот представьте, летит ракета, и в момент времени масса ее M, скорость ее V.
Тогда энергия ракеты: E = (M/2) V^2
Импульс ракеты: p = M V
Пусть за время dt сгорела часть топлива массой dM.
При этом выделилось некоторое количество механической энергии: dE = a dM (т. е. величина мех. энергии пропорциональна массе сгоревшего топлива).
И пусть при том скорость ракеты изменилась на величину dV.
Тогда энергия ракеты: E = (1/2) (M - |dM|) (V + dV)^2
Кин. энергия отделившейся массы как целого: (|dM|/2) U^2
Импульс ракеты: p = (M - |dM|) (V + dV)
Импульс отделившейся массы: q = |dM| U
Тогда запишем законы сохранения энергии (с учетом добавления энергии в следствие сгорания топлива) и импульса:
(1/2) M V^2 + a |dM| = (1/2) (M - |dM|) (V + dV)^2 + (1/2) |dM| U^2
M V = (M - |dM|) (V + dV) + |dM| U
dt устремим к 0, тогда и все приращения будут дифференциально малыми. Оставим первый порядок малости (при стремлении dt к 0 это будет выполняться точно):
a |dM| = M V dV - (1/2) |dM| V^2 + (1/2) |dM| U^2
0 = M dV - |dM| V + |dM| U
Преобразуем систему далее:
a |dM| = M V dV + (1/2) |dM| (U-V) (U+V)
- M dV = |dM| (U-V)
Используя последнее равенство, можем преобразовать предпоследнее:
a |dM| = M V dV - (1/2) (U+V) M dV
или:
2 a |dM| = M (V-U) dV
Тогда выпишем полученные соотношения:
2 a |dM| = M (V-U) dV
- M dV = |dM| (U-V)
И умножим равенства:
- 2 a |dM| M dV = - M |dM| dV (U-V)^2
Сокращая, получаем:
(U-V)^2 = 2 a
U-V = (+/-) sqrt(2 a)
U=V - sqrt(2 a) (если считаем. что V>0)
(т. е. получили, что скорость продуктов сгорания топлива относительно ракеты постоянна и равна - sqrt(2 a). Знак "-", потому что газы вылетают в сторону, противоположную V)
Полученное (U-V) подставляем в равенство:
- M dV = |dM| (U-V)
Получаем:
- M dV = - |dM| sqrt(2 a)
Или:
M dV = |dM| sqrt(2 a)
Учтем, что dM < 0, т. к. масса ракеты убывает, тогда dM = - |dM|:
M dV = - dM sqrt(2 a)
Делим на dt, и получили выражение, аналогичное второму закону Ньютона.
M dV/dt = - (dM/dt) sqrt(2 a)
Слева: масса, умноженная на ускорение, т. е. сила. А справа сила реактивной тяги.
(- dM/dt) - скорость расхода топлива (кг/с), sqrt(2 a) - скорость реактивных газов отн-но ракеты.
Если пренебречь всеми воздействиями, кроме силы тяги, можно сразу записать:
dV = - sqrt(2 a) dM/M
Интегрируем слева по dV и справа по dM:
V - Vo = - sqrt(2 a) ln(M/Mo)
(Vo - начальная скорость ракеты, Mo - начальная масса)
Остальные силы могут быть добавлены в уравнение движения:
M dV/dt = - (dM/dt) sqrt(2 a) + Fтяж + Fсопр
(Fтяж - сила тяжести, Fсопр - сила сопротивления воздуха).
Сила тяжести зависит от высоты над землей. Учитывать это обязательно при больших высотах.
Сила сопротивления воздуха зависит от скорости, от плотности воздуха, и от формы ракеты.
Ну определить, что и как вы хотите учитывать.
Если направление полета ракеты меняется так, что силы начинают действовать не вдоль одного направления, то нужно заменить силы на векторы сил, ускорение на вектор ускорения, а скалярную силу тяги домножить на единичный вектор, направленный вдоль скорости ракеты.
После этого можно начать решать вашу задачу.
Тогда энергия ракеты: E = (M/2) V^2
Импульс ракеты: p = M V
Пусть за время dt сгорела часть топлива массой dM.
При этом выделилось некоторое количество механической энергии: dE = a dM (т. е. величина мех. энергии пропорциональна массе сгоревшего топлива).
И пусть при том скорость ракеты изменилась на величину dV.
Тогда энергия ракеты: E = (1/2) (M - |dM|) (V + dV)^2
Кин. энергия отделившейся массы как целого: (|dM|/2) U^2
Импульс ракеты: p = (M - |dM|) (V + dV)
Импульс отделившейся массы: q = |dM| U
Тогда запишем законы сохранения энергии (с учетом добавления энергии в следствие сгорания топлива) и импульса:
(1/2) M V^2 + a |dM| = (1/2) (M - |dM|) (V + dV)^2 + (1/2) |dM| U^2
M V = (M - |dM|) (V + dV) + |dM| U
dt устремим к 0, тогда и все приращения будут дифференциально малыми. Оставим первый порядок малости (при стремлении dt к 0 это будет выполняться точно):
a |dM| = M V dV - (1/2) |dM| V^2 + (1/2) |dM| U^2
0 = M dV - |dM| V + |dM| U
Преобразуем систему далее:
a |dM| = M V dV + (1/2) |dM| (U-V) (U+V)
- M dV = |dM| (U-V)
Используя последнее равенство, можем преобразовать предпоследнее:
a |dM| = M V dV - (1/2) (U+V) M dV
или:
2 a |dM| = M (V-U) dV
Тогда выпишем полученные соотношения:
2 a |dM| = M (V-U) dV
- M dV = |dM| (U-V)
И умножим равенства:
- 2 a |dM| M dV = - M |dM| dV (U-V)^2
Сокращая, получаем:
(U-V)^2 = 2 a
U-V = (+/-) sqrt(2 a)
U=V - sqrt(2 a) (если считаем. что V>0)
(т. е. получили, что скорость продуктов сгорания топлива относительно ракеты постоянна и равна - sqrt(2 a). Знак "-", потому что газы вылетают в сторону, противоположную V)
Полученное (U-V) подставляем в равенство:
- M dV = |dM| (U-V)
Получаем:
- M dV = - |dM| sqrt(2 a)
Или:
M dV = |dM| sqrt(2 a)
Учтем, что dM < 0, т. к. масса ракеты убывает, тогда dM = - |dM|:
M dV = - dM sqrt(2 a)
Делим на dt, и получили выражение, аналогичное второму закону Ньютона.
M dV/dt = - (dM/dt) sqrt(2 a)
Слева: масса, умноженная на ускорение, т. е. сила. А справа сила реактивной тяги.
(- dM/dt) - скорость расхода топлива (кг/с), sqrt(2 a) - скорость реактивных газов отн-но ракеты.
Если пренебречь всеми воздействиями, кроме силы тяги, можно сразу записать:
dV = - sqrt(2 a) dM/M
Интегрируем слева по dV и справа по dM:
V - Vo = - sqrt(2 a) ln(M/Mo)
(Vo - начальная скорость ракеты, Mo - начальная масса)
Остальные силы могут быть добавлены в уравнение движения:
M dV/dt = - (dM/dt) sqrt(2 a) + Fтяж + Fсопр
(Fтяж - сила тяжести, Fсопр - сила сопротивления воздуха).
Сила тяжести зависит от высоты над землей. Учитывать это обязательно при больших высотах.
Сила сопротивления воздуха зависит от скорости, от плотности воздуха, и от формы ракеты.
Ну определить, что и как вы хотите учитывать.
Если направление полета ракеты меняется так, что силы начинают действовать не вдоль одного направления, то нужно заменить силы на векторы сил, ускорение на вектор ускорения, а скалярную силу тяги домножить на единичный вектор, направленный вдоль скорости ракеты.
После этого можно начать решать вашу задачу.
Никак. Всё зависит от силы тяги, массы ракеты и ее топлива.
Кристина Сиплатова
а как найти силу тяги.
это смотря сколько топлива сгорело за 1.6 сек, килограмм или тонна
Кристина Сиплатова
за 1.6 (сек) сгорает 40(г) топлива.
На зенитные ракеты Тунгуски очень похоже. Только там работа двигателей около 2-х секунд. Далее по инерции.
Дмитрий Гула
Нужно ускорение.
Кристина Сиплатова
так всё же как найти скорость.
Похожие вопросы
- Помогите найти скорость ракеты в любой момент времени её полета. Знаю, школа, но ничерта не помню.
- Задача: Летит самолет со скорость 1500 км/ч, пускает ракету, скорость которой 800 км/ч. Какова скорость ракеты?
- Что будет если сделать двигатель обороты которого (вала) будут выше скорости света?
- Верно ли утверждение, что КПД ракетного двигателя тем больше, чем выше скорость ракеты ?
- Взяв верёвку с камнем на конце длиной 100 000 км. и вращая её со скоростью 1 об/сек., камень превысит скорость света?
- Укажите основную причину того , что скорость ракеты может быть гораздо больше скорости истечения газов из её сопла ?
- Когда США смогут полностью создавать свои ракеты и двигатели, которые не основаны на русских технологиях?
- Опять же вопрос о времени. Почему в 1 сек 1000 милисекунд?
- Почему у ракет именно двигатель на жидком топливе?
- Почему вода не горит, ведь она состоит из молекул водорода, который горит и кислорода, который поддерживает горение?
Постарался расписать подробнее)