火箭飞机成功冲破音障【精品-doc】

火箭飞机成功冲破音障【精品-doc】 姓 名:_________________________ ( ) 班 別:__________ 日 期: __________ 相關課題:運動:第5課: 火箭飛機成功衝破音障 於2003年12月18日,一架私人研發的火箭飛機「太 白騎士 空船一號」:SpaceShipOne:成功載人飛行衝破音障, 這是全球首架不涉及政府參與發展的超音速飛機。 太空船一號 圖a 「太空船一號」首先由噴射飛機「白騎士」:White Knight: 載負上大約14 000 m高空:圖a:,飛到沙漠小鎮加利福尼亞 城附近,然後在空中脫離「白騎士」獨力飛行:圖b:。 「太空船一號」先以音速0.55倍的速度 1(162 m s) 滑翔飛行:圖c:。 圖b 圖c 然後「太空船一號」的機師賓尼啟動混合式火箭引擎向上爬升:圖 d:,只須9秒,「太空船一號」就能突破音障,不斷強而有力地加速 陡直攀升,引擎提供的推力非常大,使垂直加速度一度超過2.5 g。 火箭引擎在啟動15秒後就關掉,「太空船一號」以音速1.2倍的速 1度 (353 m s) 離水平60角向上衝,直至最後到達大約21 000 m的高度,垂直速度減至零。 在最高點,賓尼一度經歷了無重狀態。之後,他以滑翔方式安全降 落。 圖d (2003年12月19日新聞報導) (圖片:Scaled Composites) 1 新編生活與物理 ? 牛津大學出版社2004 ,1:於13 000 m 以上的高空聲音的傳播速率 = 294 m s: 1 試描述「太空船一號」剛脫離「白騎士」之後的運動。 ____________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2 求火箭引擎剛關掉後,「太空船一號」的速度的垂直分量。 _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ,23 文中提及「太空船一號」的最大加速度大約是多少,答案以m s示。 _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4 試推算「太空船一號」的火箭引擎啟動後所提供的平均垂直加速度。 _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 5 試計算在混合式火箭關掉後,「太空船一號」到達最高點的垂直位移。 2 :取重力加速度的平均值為9.8 m s。: _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2 新編生活與物理 ? 牛津大學出版社2004 _______________________________________________________________________________ 3 新編生活與物理 ? 牛津大學出版社2004 ,11 「太空船一號」以速度162 m s水平飛行。 2 把「太空船一號」的速度分解成垂直和水平分量: ,1 垂直分量 = 353 ， sin 60: = 306 m s ,1 (水平分量 = 353 ， cos 60: = 177 m s) ,23 最大加速度 > 2.5 g = 2.5 ， 9.8 = 24.5 m s ,14 初垂直速度 = 0, 末垂直速度 = 306 m s 根據 v = u + at 306 = 0 + a(15) ,2 a = 20.4 m s :平均垂直加速度約為最大加速度的83%。: 5 考慮火箭關掉後的垂直運動。設s為「太空船一號」在火箭關掉後到達最高點的垂直位 移。 22 根據 v = u + 2as 22 0 = 306 + 2(9.8)(s) s = 4780 m [其他方法: 考慮火箭關掉前的垂直運動。設s為「太空船一號」在火箭啟動後15 s的垂直位移。 22 根據 v = u + 2as 22 306 = 0 + 2(20.4)(s) s = 2295 m ？「太空船一號」在火箭關掉後的垂直位移 = 21000 , (14000 + 2295) = 4710 m] 由於所提供的數據都是近似值,所以兩個方法所計算出的答案有些出入。 4 新編生活與物理 ? 牛津大學出版社2004 5 新編生活與物理 ? 牛津大學出版社2004