为什么火箭是沿着弯曲的轨迹升空?

如题所述

火箭的发射轨迹是地球速度和火箭推力共同作用的结果,也是最省燃料的计算结果。学过理论力学的同学应该会分析。如果没有,请点击我的主页查看丽丽的专栏。具体原因一起分析吧。

1.火箭发射的受力分析

在发射过程中,火箭受到重力、空气阻力和发动机推力的作用,如下图所示。直观来说,要想让火箭尽快离地,直线行走(垂直向上)是最短的距离。其实是真的。在发射的初始阶段,火箭总是垂直离开地面。

2.弯曲的火箭轨迹——一开始就已经决定了

火箭最终会绕地球旋转,这就决定了最终的火箭形状必须与地面平行,如下图所示。这意味着火箭从发射之初的垂直状态逐渐转变为平行状态。也就是说,从一开始就决定了火箭的轨迹只能是弧形。

3.弧形火箭弹道——地球偏转力的影响

由于地球本身的自转,当地球上的物体运动时,科氏力就会出来,也就是地理上的地球偏转力。通常,这种科氏力很弱。地球自转的角速度很小,约为7.292-5弧度/秒.火箭发射时,第一宇宙的速度是7.9km/s,非常大。然而,科氏力的质量只有它的1.15倍。引力是科氏力的8.5倍,所以科氏力的影响力很弱。

4.弧形火箭轨道——地球大气层的影响

事实上,科氏力完全反对影响火箭的弹道。因为,火箭发射后,偏转方向是沿着地球自转的方向。众所周知,地球从西向东自转,带动地球上所有物体随之运动,包括火箭和大气层。但是,由于距离的原因,这个运动是滞后的。它离地面越近,与地球的同步性越高,而离地面越远,同步性越低。在高层,虽然大气仍然像地球一样自转,但由于滞后,高层大气的速度低于低层大气。根本原因是大气是流体,流体的响应时间更长。

火箭也会受到地球自转速度的影响。而高度对火箭运动的滞后影响不大,主要是通过大气传输。在高空和低空,在火箭速度相同的情况下,由于大气速度较低,火箭在高空消耗的能量略小。从这个角度来看,地球大气层并不影响火箭的弹道。

垂直向上飞行时,由于大气层本身有一个从西向东的速度,会在火箭的侧面形成侧向空气阻力。虽然火箭会从西向东跟随地球,但侧向阻力是由火箭头部和尾部的风速不同造成的。火箭也会因为阻力而在圆周方向减速。当然,影响还是有限的。5.弧形火箭轨迹——地球自转的影响

真正重要的影响来自地球的自转。火箭从西向东的线速度v2与地球的线速度相同,火箭发动机产生的垂直向上的速度v1。前面说过,地球的角速度虽然不大,但半径巨大,表面线速度巨大,赤道处的线速度达到1670 km/h。

根据这两个相互垂直的速度,组合速度的方向是向上倾斜的,如上图所示。所以火箭的弹道一定不能垂直跟上,而是沿着旋转的方向倾斜。在这种情况下,为了节省燃料,火箭简单地沿着这个斜向上的方向前进。

6.摘要

弧形火箭发射轨迹的主要原因是地球自转给了火箭一个圆周初速度。为了节省燃料,必须使用这个初速度,所以火箭的弹道会向旋转方向偏转。

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第1个回答  2020-11-09
因为地球有自转,如果沿着曲线轨迹升空的话,这样可以和地球自转保持同一个方向,比较省力。本回答被网友采纳
第2个回答  2020-11-09
因为在空气中的力是不稳定的,如果沿着直线升空,将会对火箭造成很大的负担。而且火箭沿着弯曲的轨迹升空,更有利于飞行,是一个抛物线。
第3个回答  2021-03-20

前几天有小朋友注意到火箭升空过程中会拐弯,火箭沿着弯曲的轨迹飞行,而并非是直线,这是为什么呢?火箭沿着直线上升不是会更快到达太空吗?今天我们就一起来探秘这个问题。

第4个回答  2020-11-09
因为火箭起飞过程中受地球自转离心力的影响。导致其轨迹呈弧形。