Номер 3, страница 76 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Динамика. Параграф 16. Реактивное движение. Вопросы - номер 3, страница 76.

Условие.

3. От чего зависит скорость, приобретаемая ракетой после сгорания топлива?

Решение.

Скорость, которую ракета приобретает после сгорания топлива, является результатом реактивного движения. Это движение основано на законе сохранения импульса. Ракета отбрасывает часть своей массы (продукты сгорания топлива) в одном направлении, а сама, в соответствии с законом сохранения импульса, получает импульс и, следовательно, скорость в противоположном направлении.

Для идеального случая (движение в вакууме без действия внешних сил, например, гравитации) конечная скорость ракеты $\text{v}$ вычисляется по формуле К. Э. Циолковского:

$v = u \cdot \ln\frac{M_0}{M_k}$

где $\text{u}$ — скорость истечения газов из сопла двигателя, $M_0$ — начальная (стартовая) масса ракеты, включая топливо, $M_k$ — конечная масса ракеты после полного сгорания топлива, $\ln$ — натуральный логарифм.

Анализируя эту формулу, можно выделить два ключевых фактора, от которых зависит конечная скорость ракеты:

1. Скорость истечения газов ($\text{u}$). Чем выше скорость, с которой продукты сгорания покидают сопло ракеты, тем большую скорость она может развить. Эта величина зависит от типа ракетного топлива (его энергоэффективности) и от совершенства конструкции двигателя.

2. Отношение начальной массы к конечной ($M_0/M_k$). Это отношение называется числом Циолковского. Чем оно больше, тем выше конечная скорость. Чтобы увеличить это отношение, необходимо, чтобы масса топлива составляла как можно большую долю от общей стартовой массы. Это достигается за счет использования лёгких и прочных материалов для конструкции ракеты и минимизации массы полезной нагрузки по отношению к массе топлива.

Таким образом, для достижения максимальной скорости ракета должна иметь двигатель, создающий высокую скорость истечения газов, и максимально возможный запас топлива по отношению к её "сухой" массе.

Ответ: Скорость, приобретаемая ракетой после сгорания топлива, зависит от двух основных величин: 1) скорости истечения газов из сопла двигателя; 2) отношения начальной массы ракеты (с топливом) к её конечной массе (без топлива).