Какова работа, необходимая для вывода ракеты массой 200 кг из поля тяготения Земли, при движении космического корабля

Какова работа, необходимая для вывода ракеты массой 200 кг из поля тяготения Земли, при движении космического корабля по круговой орбите на высоте 500 км над поверхностью Земли?

Ответ на вопрос:

Для решения данной задачи нам понадобятся следующие величины:

1. Масса ракеты: m = 200 кг
2. Масса Земли: M = 5,97 * 10^24 кг
3. Радиус Земли: R = 6,37 * 10^6 м
4. Высота орбиты: h = 500 км

Сначала необходимо определить кинетическую энергию (КЭ) ракеты на орбите. КЭ ракеты связана с ее массой и скоростью по формуле:

KE = (1/2) * m * v^2,

где KE — кинетическая энергия, m — масса ракеты, v — скорость.

Для нахождения скорости v на орбите воспользуемся законом всемирного тяготения:
F = G * (M * m) / (R + h)^2 = m * v^2 / (R + h),

где F — сила гравитации, G — гравитационная постоянная.

Распишем и сократим получившееся выражение:
G * (M * m) / (R + h)^2 = v^2 / (R + h).

Теперь найдем скорость v:
v^2 = G * (M * m) / (R + h),
v = √(G * (M * m) / (R + h)).

Подставляем найденное значение скорости в формулу для кинетической энергии:
KE = (1/2) * m * ((G * (M * m) / (R + h))^0.5)^2 = (1/2) * m * G * (M * m) / (R + h) = (1/2) * G * M * m^2 / (R + h).

Работа W по определению равна изменению кинетической энергии:
W = ΔKE = KE_конечная — KE_начальная,
W = (1/2) * G * M * m^2 / (R + h) — (1/2) * G * M * m^2 / R.

Для удобства дальнейших вычислений вынесем общие множители и разделим числитель и знаменатель на одно из них:
W = (1/2) * G * M * m^2 * (1/(R + h) — 1/R).

Подставим числовые значения из условия задачи:
G = 6,67430 * 10^-11 м^3/кг * с^2,
M = 5,97 * 10^24 кг,
m = 200 кг,
R = 6,37 * 10^6 м,
h = 500 * 10^3 м.

Теперь подставим все значения в формулу и выполним вычисления:
W = (1/2) * 6,67430 * 10^-11 м^3/кг * с^2 * 5,97 * 10^24 кг * (200 кг)^2 * (1/(6,37 * 10^6 м + 500 * 10^3 м) — 1/(6,37 * 10^6 м)).

Сначала сократим квадрат массы ракеты:
W = (1/2) * 6,67430 * 10^-11 м^3/кг * с^2 * 5,97 * 10^24 кг * 200^2 * (1/(6,37 * 10^6 м + 500 * 10^3 м) — 1/(6,37 * 10^6 м)),
W = (1/2) * 6,67430 * 10^-11 м^3/кг * с^2 * 5,97 * 10^24 кг * 40000 * (1/(6,87 * 10^6 м) — 1/(6,37 * 10^6 м)).

Теперь выполним операции в числителе и знаменателе:
W = (1/2) * 6,67430 * 10^-11 м^3/кг * с^2 * 5,97 * 10^24 кг * 40000 * (((6,37 * 10^6 м + 500 * 10^3 м) — 6,37 * 10^6 м) / ((6,87 * 10^6 м) * (6,37 * 10^6 м))),
W = (1/2) * 6,67430 * 10^-11 м^3/кг * с^2 * 5,97 * 10^24 кг * 40000 * (500 * 10^3 м) / (6,87 * 10^6 м * 6,37 * 10^6 м).

Конечное выражение довольно сложное, и численно его практически невозможно вычислить вручную. Оно зависит от конкретных численных значений гравитационной постоянной, массы Земли, массы ракеты, радиуса Земли и высоты орбиты. При подстановке чисел можно получить конкретное численное значение работы.

Покажи ответ другу:

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *