|
之前在悟空问答回答了这样一个问题：飞行器可被星体引力加速，但离开时为什么不会被引力减速？能量守恒在哪里？（有兴趣的读者可以点我的头像，关注之后查看） 很多读者希望我能介绍一下“弹弓效应”，这里就通俗的介绍一下吧。 本来不想介绍的太复杂，但是，为了解决一些水平较高的读者的问题，比如做功的问题、动量的问题等，我会引入一些公式和推导过程，但所用到的知识，也仅限于中学阶段。 对于没有中学物理基础的童鞋们，看着乐呵乐呵就行了！ 01什么是弹弓效应偷一下懒，百度了一下：
这里强调一点：理论上，能够利用的不仅仅是行星，而是所有天体；只是对于我们人类目前来说，利用的是行星而已。 同时，利用“弹弓效应”进行“引力助推”，既可用于加速飞行器，也能用于减速。 02弹弓效应的原理介绍（小白版）弹弓原理，利用了行星的重力场——也就是说，利用了行星的引力，让飞行器像弹弓一样被甩出去了。 好了，小白知道这么多就够了！ 哈哈哈哈哈哈...... 还想了解更多？ 还有更多疑问？ 不怕脑袋炸掉？ 那就接着往下看吧~ 03从“做功”和“动量”的角度分析（好奇的小白版）弹弓效应示意图 “做功”角度 我们先从做功的角度去解释，会比较容易理解。 首先，飞行器在靠近星体时，引力做对飞行器做正功，所以，飞行器会被加速。 其次，当飞行器离开时，引力对飞行器一定是做负功，所以，飞行器会被减速。 这样就产生了像提问者那样的疑问：引力在飞行器靠近星体时会加速，但离开时应该减速呀，为什么没减速呢？ 事实上，如我们上面分析，离开时也减速了。 但是，靠近时做的正功比离开时做的负功要多一点。 所以，根据动能定理，整个过程中，飞行器被加速了。 所以，飞行器，其实是经历了一个，先加速后减速的过程，只是加的速度比减的速度多而已！ “动量”角度 从动量的角度来看，整个飞行器和星体组成的系统是动量守恒的。 而且，对于飞船靠近星体再远离星体的过程，飞船和星体之间没有碰撞，所以系统机械能也是守恒的。 因此，我们可以把这个过程看做“一个小的物体（飞船）和一个巨大的物体（星体）进行碰撞作用”的过程。 那么，根据高中知识：一个小的物体，碰撞一个巨大的物体，最终的结果是什么呢？ ——小的物体会反弹回来，而且，反弹速度是小物体原有速度V1和巨大物体的速度V2的两倍之和，即V1+2×V2。 小物体的速度增加了！ 那么巨大物体的速度呢？基本不变，只是减少了一点点，可以忽略。 04推导过程（不自量力的小白版）针对上面的描述，如果不放出推导的过程，很多“高等级”的读者一定不会满意的；至于小白，已经可以乐呵呵的去炫耀新获得的知识了~ 下面是过程： 设在太阳参考系中，飞船质量为M1，飞向星体时的速度为V1，星体质量为M2，速度为V2，m<<M。又设飞船飞离星体的速度为V1’,此时星体的速度为V2’。 则根据动量守恒和机械能守恒： 计算得： 将M1<<M2带入： 明显看出来，飞船的速度变大了！星体的速度变小一点点，可以忽略。 这就是为什么弹弓效应可以加速飞船的原因啦！ 聪明的读者，你明白了么？ （完） 更多精彩内容，请关注后获取吧！ 科学爱好者：光速不变是如何发现的？带你了解迈克尔逊-莫雷实验 经典物理概念“以太”：从提出到被证伪，科学也可以如此跌宕精彩 |
|
|
来自： kanglanlan > 《科普、科幻、冷知识》
