一个火箭对吗?
火箭是人类进入太空的运载工具,它对航天工程的重要性就好像船舶对于航海具有同样的意义。火箭作为运载工具,其基本工作原理仍然遵循牛顿运动定律。
火箭以它所喷出的物质为作用力,来获得相反方向的反作用力。
根据牛顿运动定律,任何物体都会有保持原来运动状态的惰性,它的运动状态(包括速度的大小和方向)的改变,需要有力的作用。对于一个静止的火箭(速度为零),要使它运动起来,就必须有一个使它加速的作用力。这个道理对任何物体都适用,所以也适用于火箭。
汽车的运动依赖于对地面的摩擦力,离开了地面汽车无法运动。火箭在太空中没有可以利用的物质,不能像汽车和气垫船一样靠地面或水面推动自己运动。它要获得加速运动必须向外界排出某种物质,在高速排出这种物质的瞬间,火箭受到相应的作用力。当排出物质的速度越大,火箭获得的加速度也就越大,这就是火箭的工作原理。
从地面发射火箭时,火箭所受反作用力的一部分用来克服火箭受到的地球引力,另一部分才是火箭前进的有效推力。在加速上升的过程中,当有效推力大于火箭受到的引力时,箭体才加速上升。有效推力越大的火箭,上升得就越快。
从高速运动的火箭所排出物质的质量来看,比火箭有效推力小得多,这是因为这个质量是排气速度很高(相当于或大于第一宇宙速度),使这些高速排出的气体对外界产生了大的力,从而对火箭产生了对应的推力。
通常所说的常规火箭,它的燃料是煤油;而助推火箭或洲际导弹的燃料是液态氢,液态氧为助推剂。氢、氧在燃烧室内燃烧时具有很大的能量,在喷出燃烧时产生高速气流,从而推动火箭运动。
氢气是最轻的,它还是非常好的燃料,在氧气中燃烧时要吸收大量的热量,同时放出18倍于自身的气体(2 摩尔氢加上1 摩尔氧,燃烧后变为 2摩尔的水蒸气)。因此,氢氧发动机能使火箭达到相当高的速度。现在,航天运载火箭的动力就是以氢氧发动机为主。