Номер 4, страница 125 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. Параграф 25. Реактивное движение. Ракеты. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 4, страница 125.

Условие.

4. От чего зависит скорость ракеты?

Решение.

Решение 2.

Решение

Скорость ракеты — это сложная величина, зависящая от множества факторов. В идеализированном случае, в отсутствие внешних сил (таких как гравитация и сопротивление воздуха), максимальная скорость, которую может развить ракета, описывается формулой Циолковского:

$ \Delta v = v_e \ln\frac{m_0}{m_f} $

где:

$ \Delta v $ — изменение скорости ракеты (её конечная скорость при старте с нулевой начальной скоростью);

$ v_e $ — скорость истечения газов из сопла (эффективная скорость реактивной струи);

$ m_0 $ — начальная масса ракеты (вместе с топливом);

$ m_f $ — конечная масса ракеты (после того, как всё топливо израсходовано);

$ \ln $ — натуральный логарифм.

Исходя из этой формулы, можно выделить два ключевых фактора, определяющих скорость ракеты в идеальных условиях:

1. Скорость истечения газов ($v_e$)

Чем выше скорость, с которой ракета выбрасывает продукты сгорания, тем больший импульс она получает и тем выше её конечная скорость. Эта скорость зависит от типа используемого топлива (его энергоёмкости) и конструкции двигателя (эффективности сопла).

2. Отношение масс ($\frac{m_0}{m_f}$)

Это отношение начальной массы ракеты к её конечной массе, также известное как число Циолковского. Чем больше это отношение, тем выше будет скорость. Это означает, что для достижения высокой скорости ракета должна иметь как можно больший запас топлива по сравнению со своей собственной массой (конструкция, полезная нагрузка). Именно поэтому в ракетостроении стремятся использовать лёгкие и прочные материалы, а большую часть стартовой массы составляет топливо.

В реальных условиях на скорость ракеты также влияют и другие факторы:

3. Гравитация

При старте с поверхности планеты ракета должна преодолевать силу тяжести. Часть энергии тратится не на разгон, а на борьбу с гравитацией, что уменьшает итоговую скорость. Эти потери называют гравитационными.

4. Сопротивление атмосферы

При движении в атмосфере на ракету действует сила сопротивления воздуха, которая замедляет её. Величина этой силы зависит от скорости ракеты, её формы и плотности воздуха.

5. Многоступенчатость

Чтобы увеличить отношение масс, используют многоступенчатые ракеты. После выработки топлива каждая ступень отбрасывается, уменьшая общую массу, которую нужно разгонять дальше. Это позволяет достичь значительно более высоких скоростей, чем при использовании одноступенчатой ракеты.

Ответ: Скорость ракеты зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла двигателя и от отношения начальной массы ракеты (с топливом) к её конечной массе (без топлива). В реальных условиях на неё также существенно влияют сила тяжести, сопротивление атмосферы и использование многоступенчатой конструкции.