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飞船在宇宙中航行没有阻力,是不是就可以一直加速...

日期:2023-4-80 次浏览

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根据牛顿第二运动定律:

如果物体受到的合外力不为零,它将获得与合外力方向相同的加速度。加速大小与合外力的大小成正比,合外力越大,加速度就越大。因此,受到合外力不为零的物体将会不断加速运动。

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是的,速度会越来越接近光速,不过也有两个前提:燃料无限多、推力无上限

简单说说这两个前提:

①燃料无限多

我们都知道,外太空几乎没有气体阻力,因此在不考虑大天体的引力条件下,火箭的飞行显得格外简单。

只要保证屁股后面持续喷火即可,动量守恒告诉我们,只要有物质向后喷出,那么火箭主体就能朝相反方向加速运动。因此在这个层面上,只需要火箭携带的燃料无限多,那么就能一直加速下去。

②推力无上限

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答:这个是肯定的!在没有阻力和天体引力的情况下,只要你的推进器不断工作,那么你的速度就能一直增加,甚至可以无限接近光速!


以上“速度一直增加”和“光速为极限”并不矛盾,因为这是收敛的无限趋近问题。

其中用到的原理:动量守恒、质能守恒、狭义相对论!

对于火箭来说,只要有燃料充分,速度就能一直增加,但是最终速度是多少,取决于你携带燃料的质量和推进器的喷气速度,这里最终速度的极限不一定是光速,只有当“燃料质量/火箭整体质量”趋近于“1”时,最终速度的极限才是光速!

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可以说是的。首先定义一下「速度越来越快」这个概念。即:

火箭发动机在太空中工作,产生推力的基本原理,是利用「动量守恒」原理,在向后喷出物质的同时,从而产生相反方向的推动力。然而问题中提到的「火箭发动机不停工作」,是有问题的。至少在当前的技术下,「火箭发动机不停工作」这句话意味着火箭要能携带无穷的物质,这显然是不可能的。不过,如果考虑质量渐进增加的问题,还是可以讨论一番的。所谓质量渐进增加,是指如果假设火箭质量为(燃料质量 + 结构质量),一开始假设其质量有限,然后计算最终速度在质量逼近无穷大时的表现。注意这里的结构质量也与燃料质量有关,可以近似的认为,结构质量的数值^3 = 燃料质量的数值。

可以列方程,有:

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理论上是的。根据牛顿定律,物体在不受外力干扰时,会保持惯性,以一定的速度匀速运动。

太空中是高度的真空,一般来说,阻力很小很小的。

一般航天器在巡航阶段,可以关闭发动机。

只是在改变方向(轨控)和调整姿态(资控)的时候才会打开发动机。

象上次的某卫星从低轨爬到高轨就是。

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星际飞船

这个问题明显是错的,现代火箭依靠的都是反作用力推进,真正决定火箭速度的是反作用力的速度,也就是燃料的喷射速度。所以,即便是宇宙中没有阻力,火箭发动机不停地工作,其速度也会有一个上限,也就是火箭燃料的速度。当然这也是化学火箭没有前途的原因。

第一个问题:什么因素决定火箭的速度上限?

这是一个比较烧脑的思想实验,涉及“反作用力”和“喷射速度”两个概念。在现实中,一枚火箭之所以能够向前运动,是因为尾部燃料的喷射为它提供了反作用力,从而推动火箭向前运动。从理论上要提升火箭的速度有两个方向:一个是改善燃料燃烧速度,在单位时间内燃烧更多的燃料;一个是提高燃料的喷射速度,使燃料燃烧得更剧烈,在单位时间内喷射得更远。

燃料的燃烧速度决定了燃料能给火箭提供多大的反作用力;燃料的喷射速度决定了火箭最终能够达到的速度上限。一旦火箭的速度和燃料的喷射速度持平,无论燃烧再多的燃料,提供再大的反作用力,对火箭速度的影响都将降为“0”。比如说现在化学燃料受热膨胀的速度约为10千米每秒,那么就只能将火箭加速到这个速度。如果火箭已经达到了这个速度,燃烧再多燃料也没有任何作用。

火箭

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标题是对的,描述是错的。

只要火箭上有燃料,确实可以不停地加速,你可以一个个氢原子地烧啊,估计能加速到世界末日(???)

但是问题下面的描述里说这样可以一直加速到接近光速就是错的。因为飞船能加速到什么速度极限是由燃料的效率决定的。也就是每一种燃料都会有一个继续速度,比如氢聚变驱动的极限速度只有光速12%好像,不记得是12%还是15%,几年前算过一次。

这个极限速度是怎么确定的呢?其实很简单,就是根据该燃料的能量转化率得到其释放的能量和剩余质量,然后用释放的全部能量来推动剩余质量,就可以得到剩余质量所获得的速度,这个就是该推进方式的极限速度,实际推进火箭时是不可能高于这个极限速度的。因为这个极限速度是纯燃料下得到的,而火箭自身存在自重,所以即使0损耗,同样方式也只能无限趋近该燃料的极限速度,无论你带多少燃料都一样,带的燃料越多,越接近而已。