萌新提问能量问题
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乐佳禧 楼主
请教动能问题:
假设一个质量为M的刚性天体以速度V飞向靠近地球的方向,此时该天体相对地球具有动能0.5×MV²
在该天体上安装火箭发动机减速,使得该天体在地球上空减速到相对地球速度为零。
请问:火箭发动机消耗了大量能量,该天体动能从0.5×MV²减少到零,由于是刚性天体,该天体内能没有增加,那这时候原来天体的能量和火箭燃料的能量去哪了?(由于速度减小,天体相对质量也没有增加对吧?)
2024年02月17日 02点02分 1
吧务
level 12
根据能量守恒,能量不能被创造或者消失,只能从一种形式转化为另一种形式。在楼主你描述的情况下,原来天体的动能被转化为其他形式的能量,在这个例子中,火箭燃料的能量被转化为使天体减速的能量,这同时也可能产生一些热量和其他形式的能量。
2024年02月17日 03点02分 2
吧务
level 12
  根据动量守恒,发动机必须喷射出质量,才能止住刚体的动量
  假设减速过程很短,不考虑地球引力势能变化,燃料全部反应成燃气,则能量情况是:
  刚体动能+燃料动能+燃料化学键势能=0(刚体)+燃气动能+化学反应产生的内能
2024年02月17日 03点02分 4
这个应该是正解,变成燃气动能和热能了
2024年02月17日 04点02分
说起这个我想起来曾经发射火箭的问题,现已模糊不清了,请教下:因为我记得当时专家解说是因为要保持动量守恒、所以预让箭头瞬间提高很多速度就需要将箭体和箭头炸开、使箭体停止运动或反向运动、以便使携带卫星的火箭头达到7.9km/m以上。
2024年02月20日 08点02分
那么这个爆炸能量仅仅是用来分离了箭头和箭体?而没有进一步提供给箭头或箭体原来速度方向的动能?
2024年02月20日 08点02分
主要的关注点是:以地面参考系而言,火箭头增加的动能到底是完全由火箭体转移过去的?还是爆炸的能量提供给火箭头的?还是爆炸和火箭体同时将热能/机械能转移给火箭头的?有典型数据分享一下吗?
2024年02月20日 08点02分
level 1
消耗的推进剂也具有动能
2024年02月17日 05点02分 6
吧务
level 12
4楼和6楼正解,飞船的动能传递给喷射出的推进剂了。
2024年02月17日 06点02分 7
level 12
动能=p²/2m,而喷出的物质的m必然小于之前的总质量,因此动能实际上是增加了
2024年02月17日 06点02分 8
有人看不懂这一层,另开了贴子嘲讽相吧,所以我给吃瓜群众们多解释一句……废气的动能的确>刚体原动能+燃料动能,这一部分差值就源自化学键势能(确切地说,减少的化学键势能=整个系统增加的动能+化学反应产生的内能)
2024年02月17日 17点02分
@冒险の小弓 啥帖子,给个链接看看[滑稽]
2024年02月17日 18点02分
@suhao233 https://tieba.baidu.com/p/8899492836
2024年02月17日 22点02分
@0 这里不用考虑引力势能(我猜你可能想到这里了)……这其实就是一个完全非弹性碰撞的逆过程,说是动能增加,其实是系统(刚体+废气)的总动能增加了
2024年02月18日 01点02分
吧务
level 12
  你新发的这个问题明确涉及相对论,但其实答案也一样,只是讲起来更啰嗦一点……作为铺垫,还是得先明白:不涉及相对论的情况,也就是我之前回答的那个能量关系(我们再进一步忽略掉化学反应的放热)
  刚体原动能+燃料动能+化学键势能=0+废气动能
  这个关系进一步抽象一下,就是:
  A动能+B动能+结合势能=A'动能+B'动能
  …………
  放在相对论里面,只是把“动能”换成“质能”而已(当然这个质是动质量,为了避免歧义,我干脆写成“总质能”),因此这个关系又可以写成
  A总质能+B总质能+结合势能(质能损失)=A'总质能+B'总质能
  这个关系在任何参考系下都是适用的,如果,我们以原来的物体AB建参考系(在该系中AB初始状态静止),这实际上就是一个粒子分裂的过程,原来静止的粒子裂变成为各自运动的A和B,动能从哪来?当然是靠系统损失的质能来弥补
  …………
  现在回到你问题中的地球系,此时A'总质能=A'静质能,关系式就是:
  A总质能+B总质能+结合势能(质能损失)=A'静质能+B'总质能
  你现在就这个式子具体分析你的问题,就能解决疑惑之处了……虽然主楼表述(质量M速)缺信息/有歧义,但是不妨碍总体上的理解
2024年02月18日 01点02分 9
吧务
level 12
另外在相对论中,动能不再是½m₀v²了,而是(m-m₀)c²……不知道你有没有学过泰勒级数(这是个纯数学的公式,和物理无关),如果你用泰勒级数展开(m-m₀)c²,就会发现½m₀v²只是这个级数的第一项,也就是说½m₀v²只是(m-m₀)c²的低阶近似
2024年02月18日 01点02分 10
level 6
你不是把推进剂给喷出去了嘛,这个速度可是比星球快的多。说白了,推进剂释放的化学能和星球损失的动能势能,全部转化为喷出物的动能和内能了。
2024年02月18日 15点02分 11
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