火箭上天应具备什么?
在高二物理教材里,我们学过关于万有引力与宇宙航行的部分。人类发射的任何一颗人造地球卫星,都绕地球沿椭圆形轨道运行。因为椭圆具有两个焦点,把地球中心放在椭圆的一个焦点上。
那么,离地球中心较近的另一焦点叫做近地点,其另一端则叫远地点。火箭运行的飞行轨道,主要取决于其发射时的初速度,而初速度又与火箭结构、携带物品的多少(即质量)等因素有关。在发射时,如果初速度大小适中,那么,近地点和远地点重合。这样,航天器就在一个半径为R的圆周上做圆周运动,并且它受到的万有引力全部用来提供绕地球运行时所需要的向心力;若初速度增加,那么,运行轨道就变成了椭圆;如果初速度达到7.9km/s时,此时重力与速度大小相等,方向始终垂直,因此航天器沿圆周或椭圆轨道运行。
当速度达到11.2km/s时,人造天体就会挣脱地球的引力,成为围绕太阳运行的人造行星。可见,初速度的大小决定运行轨迹的形状。火箭发射时,它的速度必须足够大,足以挣脱地球对它的束缚,才能冲出地球,进入太空。这发射时的初速度必须大于第一宇宙速度7.9km/s才行。
火箭从地面沿竖直方向加速升空过程中,存在着重力和发动机产生的推力作用。地球对火箭的重力为阻力,其大小G=mg,其中m为火箭的质量。随火箭上升的高度增大,其m值基本上不变,因而重力G也基本保持不变。但地球对火箭的万有引力则随高度的增大而不断减小。在前一阶段,火箭的加速度方向与速度方向一致,一直上升。