一个有关积分的物理问题不要嫌题目长噢,就当做救我一面吧:设在宇宙中有密度为ρ的尘埃,这些尘埃相对惯性参考系是静止的.有一

一个有关积分的物理问题
不要嫌题目长噢,就当做救我一面吧:
设在宇宙中有密度为ρ的尘埃,这些尘埃相对惯性参考系是静止的.有一质量为m的航天器以初速v穿过宇宙尘埃,由于尘埃粘贴到航天器上,致使航天器的速度发生改变.求航天器的速度与其在尘埃中飞行时间的关系.为便于计算,设想航天器的外形是截面积为S的圆柱体.
我是这样想的:经过时间 t 以后航天器增重ρSvt,这样根据动量守恒不是可以直接求到其速度与时间关系吗?·但是答案却是用到了积分:dm=ρSvdt,请问为什么要用到积分呢?
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刘德才博客 幼苗

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首先,要明白在尘埃中运动速度是不断变化的(不断减小),所以黏贴到航天器上的尘埃的质量随时间也是越来越少的.
其次,对于这类题目,假设在时间t,航天器的速度是u(这个要与初速度v区分开),
在很短时间dt内运动的距离是:ds=udt,
从而有体积为:dV=S*ds=Sudt的尘埃落入航天上,
此部分尘埃的质量为:dw=ρSudt,
再通过动量守恒定理可知:wu=mv(w为此是航天器的质量,因为之前以后部分尘埃落入航天器,在dt时间内可认为是不变的),
则有:wdw=ρSmvdt,
两边积分可得:0.5w^2=ρSmvt+C,(t=0时,w=m;则:C=0.5m^2)
开方可得:w=根号下(2ρSmvt+m^2),
带入动量守恒定理得速度与时间的关系为:u=mv/(根号下(2ρSmvt+m^2))

1年前

6

漫卷狂风 幼苗

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因为在时间t内,速度是不断变化的,因此你不能用一个v来代替整个t内的速度。即增重m=ρSvt中v不变是不合适的。所以应该用微积分。

1年前

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可爱小勺子 幼苗

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“经过时间 t 以后航天器增重ρSvt”这里错了,由于尘埃的存在,致使航天器的速度发生改变,所以航天器行走的距离不再是vt,明白了吗?

1年前

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