关于神舟飞船的物理知识

发布时间:2014-11-01    编辑:物理学法小组    来源:网络&投稿

神舟号飞船的发射以及返回地面,相关的物理问题特别多,现在只能列举部分物理问题来分析说明。

1.第一宇宙速度

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度。 第一宇宙速度

航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度,也叫环绕速度。第一宇宙速度两个别称:航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。在一些问题中说,当某航天器以第一宇宙速度运行,则说明该航天器是沿着地球表面运行的。按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地面对航天器引力比在地面时要小,故其速度也略小于V1。

2.向心运动

向心运动:指物体做圆周运动时,提供的向心力大于所需要的向心力时的做的运动.

3.标准大气压

1标准大气压=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.336m水柱。1标准大气压=101325 N/㎡。(在计算中通常为 1标准大气压=1.01×10^5)

4.绝对零度

绝对零度(absolute zero)是热力学的最低温度,但此为仅存于理论的下限值。其热力学温标写成K,等于摄氏温标零下273.15度(-273.15℃)。 绝对零度,是可能达到的最低温度。在绝对零度下,原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。绝对零度就是开尔文温度标(简称开氏温度标,记为K)定义的零点;0K等于—273.15℃,而开氏温度标的一个单位与摄氏度的大小是一样的。

5.反冲原理(用于火箭发射)

反冲运动是当一个物体向某一个方向射出(或抛出)它的一部分时,这个物体的剩余部分将向相反的方向运动.

材料问题

在面对冷热无常的太空中,舱外航天服以及飞船的材料也是非常重要的,航天服以及飞船材料不仅仅要耐高温以及耐低温外,还必须在这变化无常的环境下保持舱内环境稳定。在飞船返回地球中,由于飞船高速进入大气层,在稠密的大气摩擦下,速度开始急剧下降,表面与气体摩擦产生巨大热量,外表面温度能达到1600℃以上。因此,飞船的材料还应该耐摩擦、隔热。

6.动量问题

大家都知道,火箭是向上发射升空的,火箭点火后,我们都可以观察到火箭会喷出火焰并且伴随着大量的烟雾。其实这是运用到物理学中的动量守恒定律,只要我们把发射前火箭看成一个系统,发射时喷出的气体与火箭分别看成一个系统,我们就可以运用动量守恒定律。由于火箭是向下喷出气体的,所以火箭就向上飞了。

7.超失重问题

火箭点火发射时,航天员都是平躺在椅子上,由于火箭点火发射时,飞船处于加速过程,航天员都处于超重状态,通常会是人体自重的4到5倍,因此,航天员应平躺在椅子上,否则,人体中的血液由于惯性作用,还将保持原来状态,导致大量血液淤积在静脉中,使头部血压降低,足部血压升高,严重者还可能导致意识丧失。飞船发射到太空时,处于完全失重状态。

8.速度、加速度问题

要使飞船能顺利送进轨道,火箭的发射速度加速度都是很重要的。在地表面发射飞船,火箭的发射速度应该不低于宇宙第一速度7.9km/s,如果低于此速度,飞船是不能顺利到达指定轨道。而当飞船在指定轨道绕地球作圆周运动时,飞船的飞行速度又不能超过宇宙第一速度7.9km/s,飞船在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地面对飞船的引力比在地面时要小,因此,飞船的速度应略小于宇宙第一速度。如果速度大于宇宙第一速度,飞船将不在作圆周运动,其轨道将变为椭圆轨道,如果速度大小达到宇宙第二速度11.6km/s时,飞船将不在绕地球运动,而绕太阳运动。

9.能量守恒问题

大家都知道,飞船要送到指定高度的圆轨道,并非直接把飞船送到指定高度就行的,还要经过变轨等等问题,飞船要送到指定高度圆轨道飞行时,先进入的是椭圆轨道,在此过程中,飞船的速度大小是不一样的,飞船离地高度也在变化,远地点与近地点的速度大小是不相同。速度大小不同也就说明其动能就不一样了。大家都清楚的知道能量是不会凭空产生,也不会凭空消失,因此在此过程中,由能量守恒可以知道,飞船动能的减小或增大转化为飞船的势能。

10.压力问题

飞船要把人送到太空中,太空并没有空气,没有大气压,因此,航天员要能在舱内生存,就必须为航天员提供一个与地球环境一样的舒适生活环境。神舟七号中,航天员还有出舱任务,舱外航天服里同样也要进行充压才能适合航天员生存。

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