火箭为什么会飞?

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人们从古代起就想象着有一天能飞上天空,鸟儿、昆虫等在天空中任意飞翔,对于人来说是可望而不可及的,因此出现了许多神化了的飞天传说、故事。人类最终没有因为飞天的困难而放弃,而是从这些困难中获得不断的教益,一步步走向天空,终于在20世纪赶上了翱翔在天空中了上亿年的鸟儿。

在自然界中,凡是能够上升的物体,都是靠着外物的帮助,例如:氢气球和热气球是靠空气的浮力上升的;飞鸟和飞机是靠空气的升力上升的。那么,离开大气层的火箭又是靠什么升上天空呢?

要想造出在大气层外飞行的飞行器有一个最重要的问题需要解决:它能够自己携带运动的反冲物,并且能够在大气层外的真空状态下运动。从运动学中我们已经知道,一个静止的质量为m0的火箭可以从静止开始运动,这是因为它不断地向外排出气体,这些气体以垂直于地球表面的速度v0相对火箭向后排出,根据动量守恒定律可知,火箭将获得向前的高速度。这种高速度足以克服重力加速度和空气阻力的影响,从而使火箭能够离开地面,并且能够进入大气层外的真空区域。

以上讨论的是火箭在运动的过程中速度达到一定高速度后的情况,而要想使静止的火箭起飞,还需要考虑重力加速度和空气阻力的影响。在实际中,火箭起飞时,总是先使火箭在地面滑行,待火箭获得一定的高速度后在离开地球表面,这样可以降低重力加速度的影响,并且火箭离开地面以后,高度越来越高,空气阻力就逐渐变小以至没有,从而可以以较高的速度运行。

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