题目内容

【题目】太空火箭(包括燃料)的初始质量为,从静止起飞,向后喷出的气体相对火箭的速度u为常量。任意时刻火箭速度(相对地球)为v时火箭的静止质量。忽略引力的影响,试求比值与速度v之间的关系。

【答案】

【解析】

本题以地球为参考系,取火箭喷气的元过程,得到火箭静质量的变化与速度变化的关系式,然后运用微元法求得与速度v之间的关系。

设某时刻火箭对地速度为,质量,静质量,在的瞬时喷出气体质量为,静质量相应记作,火箭速度增加,由动量守恒关系得

式中气体对地速度由速度变换法则确定。整理①式并忽略高阶无穷小量后得

而喷出的气体质量,为

③式中因子

将其代入②式有

④式等号两边消去因子,并舍去高阶无穷小量,整理可得

将此式等价变形为

现令

则有

时,

故有

注意到初时,则有

同理可得

由所设得

于是,本题所求的物理规律为

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