为什么火箭能在大气层外飞行,火箭为什么能在太空飞行?

1、火箭为什么能在太空飞行?所谓火箭是指用火箭发动机向后喷射高温高压燃气产生反作用力,以获得前进动力 , 向前运动的飞行器 。运载火箭是其中的一种,还有军用火箭和导弹,以及气象火箭、地球物理火箭和生物火箭等民用火箭和烟火等 。
所谓火箭发动机是指自带推进剂(燃料和氧化剂),其工作不依赖外界空气的喷气发动机 。其他喷气发动机,如飞机上使用的空气喷气发动机,只携带燃料,燃料燃烧所需的氧气要从大气中获?。蚨荒茉诖笃阒泄ぷ?。由于火箭既携带了燃料,又携带了氧化剂、所以火箭发动机在真空的太空中也能工作,使火箭能够成为航天飞行的动力 。
那么,火箭飞行如何能产生战胜地球引力的宇宙速度呢?理论研究 和迄今的实践都证明,火箭飞行速度决定于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比 。发动机的喷气速度越高,火箭飞行的速度越高;火箭的质量比越大,火箭飞行能达到的速度越高 。
火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量,即净重)之比 。因此,质量比大,就意味着火箭的结构质量小,所携带的推进剂多 。
火箭发动机的喷气速度,决定于推进剂的性能和发动机的设计水平 。推进剂的能量越高,可获得的喷气速度越高;设计水平越高 , 所获得的能量效率越高 。
【为什么火箭能在大气层外飞行,火箭为什么能在太空飞行?】能量效率是指推进剂燃烧的热化学能转变为高速排气的动能的效 。它包括推进剂的燃烧效率、发动机喷管效率和发动机的循环效率 。能量效率越高,排气速度越高 。
火箭飞行的基本原理是利用动量守恒定律 。为了形象生动地理解能量守恒定律,我们来做一个有趣的小实验 。在桌面直线排放一排紧靠在一起的相同大小的硬币,在它的前面用相同大小的硬币来弹击 。用几个硬币弹击,那一排后面就有几个硬币被弹出 。后面弹出硬币数与弹击硬币数总是相同而跟弹击力大小无关 。弹击力加大,只能使后面弹出硬币运动速度加快,移动更远 。这是因为弹击用的硬币动量通过传递给最后几个相同数目的硬币,并使起运动,在这种传递转换过程中,能量的总量是不变的,这就是守恒的体现 。(注:系统中有摩擦存在 , 有一定的能量损耗)
火箭在飞行时,燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧,背着飞行方向不断地喷出大量速度很大的气体,使火箭在飞行方向上获取很大的动量,从而获得巨大的前进速度 。如果飞行的宇宙飞船减速或着陆时,则向其前方喷气使其减速 。它不依靠空气的作用,所以可以在空气稀薄的高空或宇宙空间飞行 。
在大气层内 , 火箭的飞行可以根据牛顿的作用与反作用的理论解释 , 即火箭向后喷出气体 , 气体向后推动空气 , 空气就会给火箭以大小相同的反作用力来推动火箭前进 。
但是,当火箭飞出了大气层到了宇宙空间,空气没有了,空气的反作用力也就不存在了,那么,火箭为什么还能继续飞行呢?其实还是要用牛顿定律来解释这一问题,关键是力和作用点的变换 。
火箭向前飞行时 , 燃烧剂和氧化剂在燃烧室迅速燃烧,产生的高温高压燃气以每秒数千米的速度向后喷出 。我们把火箭和喷出的气体作为互相作用的两个物体,作用点选在火箭上,问题就迎刃而解了 。
火箭在喷气的时候相当于给气体一个向后的推力 , 按牛顿定律,喷出的气体就会通过在火箭上的作用点给火箭一个反作用力,使火箭向前飞行 。这个物理过程与空气无关 , 所以即使是在没有空气的宇宙空间,火箭也会照样高速飞行 。

经验总结扩展阅读