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宇宙飞船一般由化学燃料制成的火箭靠反冲发射升空,升空以后,可以绕地球飞行,但要穿越太空遨行,还需其他动力的作用,这种动力可以采用多种方式,有人提出过采用离子发动机,也有人设想利用太阳光产生的光压作动力。

(1)已知地球的半径为,地球表面的重力加速度为g,某次发射的宇宙飞船在离地球表面高的高空中绕地球运行,试用以上各量表示它绕行的速度。

(2)若某宇宙飞船采用光压作为动力,即利用太阳光对飞船产生的压力加速。给飞船安上面积极大、反射率极高的薄膜,正对太阳,靠太阳光在薄膜上反射时产生的压力推动宇宙飞船,因为光子不仅有能量,还有动量,其动量,其中h为普朗克常量,λ为光的波长。若该飞船的质量为,反射薄膜的面积为,单位面积上获得太阳能的功率为,太阳发出的光按照单一平均频率简化分析,那么飞船由光压获得的最大加速度为多大?


解析. (1)由

得:

(2)由光子的能量,光子的动量,以及,得:。在时间内,反射膜收到的光子能量为,它们的动量为。这些光子反射后,最大动量为,但方向相反,由动量定理,得:。由牛顿第三定律飞船也受到等大的力,则飞船获得的最大加速度为:


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