太阳逃逸问题

如果我们试图计算出一个宇宙飞船逃逸太阳的引力场所需要的最小速率,我们很可能会得到一个错误的答案.我们将用几个例子来说明解题时的困难所在,并且给出一个解决相当的一类问题的简单方法.1.引言 对下面的一个基本的物理问题,我们很可能会得出错误的解答 当忽略掉空气的阻力和地球的自转但考虑地球的公转时,一个位于地球表面附近的宇宙飞船要飞离太阳的引力场需要具有的相对干地球的最小速率是多少? 我们请读者来求解这一问题,并将所得的结果与我们在本文中所给出的进行比较.否则,本文便失去了它应有的意义. 我们发现,几乎所有的人在求解这…     

宇宙速度的求解方法

航天的首要问题是使飞行器具有足够的速率，这样飞行器才能脱离地球、其他行星乃至太阳的引力，在空间做无动力飞行．这就涉及宇宙速度的计算．在高中物理教材中，只简单介绍了第一宇宙速度的求解方法，对于第二、第三宇宙速度没有进行有关数学的推导和运算．本文就三大宇宙速度的具体求解方法作以简要介绍．     

行星际航行的霍曼轨道

作行星际航行时,飞船沿着与两行星(地球和目的地行星)轨道相切的椭圆运行,所需要的能量最省(即所需出发速度最小),这一轨道称为霍曼轨道,它是因为德国空间航行的先驱者瓦尔特·霍曼(Walter Hohmann)而得名的.近年来发射的不少行星际飞船,其轨道都与这种所谓最佳航线相近.由于若干常见的力学教程[1],[2]曾提及这一问题,本文准备对此给出一个简单的分析. 为研究方便起见,作如下简化; 1.飞船是被火箭加速的.由于火箭的燃料燃烧极快,因而这一加速过程将在极短的时间内完成,而后飞船进入轨道.此时飞船之速度即为出发速度,飞船具有的能量为总能E…     

宇宙飞行体的发射速度与飞行軌道的間题

諸如象飞船之类的飞行体从运載火箭发射出去之后,只要其发射速度能有足够大,那末它在地球引力作用下就会繞地球以一个圓的或椭圓軌道运行,或者将以抛物綫、双曲綫軌道飞出地球去。但一般对于发射速度与軌道之間的一些問題大都只是簡单地說些理論結果,不作証明。本文想就此問題作一粗浅地討論,打算推导出軌道方程,得出飞行軌道的类型与发射速度之間的相依关系,再談要求物体在空間任意点发射能繞地作不落飞行至少需要多大发射速度     

火箭发展简史及火箭技术的物理基础

 依靠发动机向后喷射工作物质产生的反作用力而推进的飞行器,称为火箭。它的特点是自身携带燃料和氧化剂,既可在大气中飞行,又可在没有大气的外层空间飞行。现代火箭是远距离快速投送工具,可用于发射人造卫星、载人飞船、航天站以及助推其他飞行器。火箭用于投掷弹头,便称为火箭武器,其中可制导的又称为导弹。     

闵氏几何法解析“双生子佯谬”及结果讨论

在闵可夫斯基四维时空中利用二维坐标图解析了双生子效应.特别对飞船转向所引起的同时线跃变而导致的地球人年龄的跃变作出了定量解析,得出了孪生子重逢时经历过加速运动的飞船人比可以看作为惯性系的地球人更年轻的绝对性结论.然后通过对解析结果的讨论并辅之以数值计算,给出了飞船往返飞行的两个不同阶段及全程在两个不同参考系的具体的观测结果.     

“猎户座”飞船

<正>这是洛克希德·马丁空间系统公司制造的"猎户座"飞船(模拟图),它是美国航天飞机时代后的第一种载人飞船。"猎户座"飞船是一种可携带四名宇航员的多用途飞船,能够飞出近地轨道,携带宇航员进入月球轨道和小行星。"猎户座"飞船的首次无人飞行将在近日进行,而该飞船的载人飞行要在几年后才能进行,根据美国宇航局公布的时间表,预计在21     

以"神舟"三号为背景设计的一组跨学科综合试题

1背景材料 我国继1999年11月20日和2001年1月10日成功发射和返回自行研制的"神舟"一号、二号无人试验飞船后,于2002年3月25日22时15分在酒泉卫星发射中心,利用自行设计的"长征二号F"捆绑式大推力运载火箭又成功发射了"神舟"三号无人航天试验飞船,飞船顺利升空,在环绕地球飞行了108圈后,于2002年4月1日下午4时51分,成功着陆在内蒙古中部预定地区.     

载人飞船的基本物理知识

 2003年10月15日、16日,中国首次载人航天飞行取得了圆满成功,中华民族探索太空的千年梦想终于实现了。“神五”载人飞船的成功发射,是我国航天史上一件具有里程碑意义的大事,它标志着我国在高科技发展上迈出了具有重大历史意义的一步。它不仅振奋民族精神,激励广大学生发奋学习,勇攀高峰,也是对青少年进行科普教育的良好契机。飞船的发射和运行,涉及了许多基本的物理知识,而一般的物理课本中对此阐述不够,或内容比较分散。本文就相关知识点做整理和概括,并进行适当地阐述,以激发学生的学习兴趣。火箭飞行原理---动量守恒定律火箭是宇宙航行的运载工具。     

科苑快讯

 美国将发射探测小行星的飞船据《科技日报》报道为了揭开小行星的奥秘,寻找对付可能撞击地球的小型天体的方法,美国航空航天局计划本月16日发射一艘名为“尼尔”的小型飞船,对“厄洛斯”小行星进行为期3年的探测。     

对三个宇宙速度的另一种推导

高中新编物理教材(试验修订本·必修)在"人造卫星宇宙速度"一节中,只对第一宇宙速度进行了推导,而在课文中介绍了第二宇宙速度和第三宇宙速度.有的学生问老师:"第二、第三宇宙速度是如何推导出来的,请老师告诉我们的推导方法."如果一句话回答说:"你们的数学知识还不够,现在还不能推导."那么学生不仅是很扫兴,而且会失去对老师的信任.笔者在教学过程中,与学生共同探讨了另一种推导三个宇宙速度的方法,现介绍如下,供参考.     

再入过载的匹配渐进展开分析与卸载方法研究

探月飞船返回地球时将以第二宇宙速度再入地球大气层,面临极其严苛的气动环境,因此对于再入气动过载的分析具有重要意义.再入运动方程是一组非线性很强的常微分方程,数值方法计算量大,不适用于在线任务.因此,本文采用一种近似解法对气动过载进行分析.首先,基于匹配渐进展开方法将再入纵向运动解在大气外层区域与内层区域分别展开,得到统一形式的闭型近似解,在此基础上分段求解气动过载,并与精确解进行对比分析.其次,利用闭型近似解,通过当前状态反解虚拟初始条件,在此基础上提出初次过载峰值的解析预测方法,并分析了不同条件下预测的相对误差变化规律.最后,基于过载峰值的解析预测对飞船的初次再入过程进行卸载,将飞船在再入过程中耗散的总能量进行重新分配,并通过蒙特卡罗飞行仿真试验验证了卸载方法的有效性.     

上期问题与思考解答

题1:由于大气摩擦对卫星作负功,似乎要使卫星的动能减小,从而使卫星的速率减小。但是,由于卫星是处在地球的引力场中,速率的减小将导致轨道半径的减小,这将使卫星的引力势能减小,从而要使卫星的动能增加。实际上,引力势能的减小将抵偿摩擦力的负功而有余,从而使卫星的动能增大,因而它的速率将增大。定量计算如下: 卫星作圆周运动的条件为式中m和M分别为卫星和地球的质量,r为卫星轨道的半径。对此式取微分: 在某一时间t内,摩擦力F对卫星作的功为: 从功能原理得卫星动能的增量为:由于由(4)式得:把(2)式代入(5)式得 这就说明由于大气的摩擦,卫…     

磁层物理学

一、引 言 人类对地球环境的认识在最近二十年有一个飞跃的发展.这一方面是由于科学技术的进步,各种新的探测方法和手段不断改进,另一方面也由于人类第一次飞出地球,有可能从外部认识地球的环境.人造卫星发射以来,这二十年已经有数千颗卫星在我们这个星球外空飞行过,做了各种科学探测和研究,使我们原来对外空环境的观感有了很大的改变.磁层物理学就是在这种对地球空间环境崭新认识的基础上,成长起来的科学分支.什么叫磁层(Magnetosphere)? 地球外层空间由1000公里高度以上,大气变为完全电离伏态,称为等离子体,这些等离子体被约束在地球偶极…     

宇宙速度的计算

自从苏联发射了两颗人造地球卫星以来,我们常在报上看到有所谓三种宇宙速度,即第一宇宙速度7.9公里/秒,这就是环绕地球的速度;第二宇宙速度11.2公里/秒,也就是脱离地球的速度;第三宇宙速度16.5公里/秒,也就是从地球出发脱离太阳系的速度。这三种宇宙速度是怎样得来的呢?我们不难通过一般的物理知识计算出来。本文的目的便是说明这三种字宙速度如何计算出来的。我们知道,在远离地面的高空,一般的抛体运动公式是不适用的,因为在离地面的高空的广大范围内,g已经不能被看作是一个常数了。根据万有引力定律,     

随机反应扩散格气模型上钙动力学的粗粒化模拟

发展了一种基于随机格气模型的粗粒化方法,该方法能有效模拟内质网表面钙动力学信息. 首先将相邻的微观节点合并成粗粒化节点,再根据局域平均场近似推导出粗粒化反应速率,然后执行粗粒化动力学蒙特卡洛模拟. 发现粗粒化动力学蒙特卡洛模拟结果和微观模拟结果非常吻合. 有趣的是,存在一个最佳的粗粒化比m,使得粗粒化模拟与微观模拟的相变点偏差最小. 固定m,发现临界点随体系尺度增加而单调增加,而且相变点的偏差与体系尺度存在一个标度关系.此外,该粗粒化方法大大地加快了蒙特卡洛模拟速率,并且与微观模拟直接相关. 该方法可以广泛用来研究体系尺度效应,而节省大量计算时间.     

飞向地球核心

美国加州理工学院的DavidStevenson教授在最近提出了一项重要的建议 ,他主张进行一项向地球核心飞行的空间计划 ,他认为这是一件值得科学家们考虑的空间工程 .这个空间内填充的不是普通的真空 ,而是坚硬的岩石 ;同时它的“空间飞船”也不是通常的飞行工具 ,而是类似于葡萄柚大小的地震波探测器 .研究工作将按如下的步骤进行 :一个带有爆炸装置的探头将沿着地球表面的裂缝向下滑落并发生引爆 .然后把一个装满熔化铁水的探测器注入裂缝内 ,由于地球重力的作用 ,裂缝将以每秒 5m的速度向下延伸 ,直到其封堵为止 .这些地球内部的裂缝将会有规则…     

原子在单色辐射作用下长时间内的行为研究

建立了原子在单色辐射作用下的模型,用微扰理论方法求解出原子处于两能级的几率.讨论了原子在单色辐射作用下长时间内的行为,得到了原子因辐射场的影响而变化的速率比能级的衰减速率大的情况下,原子在两能级间振荡,原子和辐射场相互作用越强,辐射场能够与原子发生作用的频率区间越宽,而且原子在单色光长时间辐射作用下高、低能级跃迁的速率不随时间而改变的结论.     

人造地球卫星的运动规律

与由苏联人造地球卫星的出现有关,从许多方面提出了问题:它如何发射?何以能飞行? 本文不准备对所有作用于人造卫星的外力、如地球的非正球形及大气阻力等,作高度精确的叙述,只对某些基本关系及规律提出基本的知识,这些关系与规律包括利用多级火箭使卫星加速及卫星环绕地球的运动。在第一级近似中略去月球,其他行星及太阳对卫星飞行的影响,可将卫星在地球引力场中的运动表示为如下的情形。要使人造卫星围绕地球沿圆形轨道运转而不落到地面上,必须要依据达朗伯原理,使卫星在规定轨道高度上的重力等于离心力。以下符号表示的意义     

来自宇宙空间的亚原子粒子

天鹅星座X-3是太阳系所在的星系,即银河系里最引人注目的天体之一.它不仅发射出X射线和γ射线(两种脉冲射线,而且还可能不断地向地球上喷吐能量极高的宇宙线.目前正在地底下进行的两个实验,又给这些已够惊人的情况进一步增添了新的内容,即天鹅座X-3也许还在朝地球上发射人们前所不知的某种亚原子粒子! 进行这两个实验所使用的仪器,是专门为探索质子衰变而建造的大型探测器.大统一理论认为,质子会在平均1032年之后发生衰变.换句话说,如果人们去观察大量质子,则一两年时间内将会有机会见到少数质子的衰变.但是,要想这种观察能取得预期的结果…