A-level 物理學(進階物理學)/火箭、軟管和機槍
外觀

我們已經看到力是動量變化率。這適用於動量的連續流動以及碰撞。
如果我有一把機槍,爆炸會賦予質量為 m 的子彈動量,使其以速度 v 運動。這種情況每秒發生多次 - 子彈的動量在變化,因此對它們作用著一個大致連續的力。當然,動量必須守恆。每次機槍發射子彈時,都會導致機槍動量發生變化。總體而言,這會導致機槍受到一個與作用在子彈上的力大小相等、方向相反的大致連續的力。
如果我有一個水箱和一條軟管,帶有一個泵,我將水從水箱中抽出,就會發生類似的事情 - 一個力將我推開水流方向。這個力等於水的流量(以 kg/s 為單位)乘以它的速度。請記住,1 升水的質量約為 1 kg。
火箭的工作原理就是如此 - 它們排出燃料,使燃料獲得動量。這會導致火箭產生推力。在設計火箭推進系統時,目標是讓燃料在單位質量下獲得儘可能高的速度,以使系統燃料效率高,並獲得足夠大的動量變化。
1. 一把機槍每分鐘發射 300 顆 5 克子彈,速度為 800 米/秒。作用在槍上的力是多少?
2. 在 5 秒內從水箱中抽出一升水,透過軟管排出。如果作用在水箱上的力為 2 牛頓,水離開軟管的速度是多少?
3. 如果軟管連線到自來水管,上述公式會出現什麼問題?
4. 土星 5 號火箭第一級的推力為 34 兆牛頓,使用 131000 公斤固體燃料,持續時間為 168 秒。燃料離開油箱的速度是多少?
5. 地球的逃逸速度為 11 公里/秒。如果火箭的總質量為 3 x 10^6 公斤,第一級燃料耗盡後火箭的速度是多少?這與逃逸速度相比如何?