On Sunday, October 22, 2017 at 7:05:36 PM UTC+2,
stch...@gmail.com wrote:
> Gdzie do cholery popełniłem błąd?
>
> Najpierw liczę ciąg silnika rakietowego:
> Fc=dp/dt=m*dVg/dt+Vg*dm/dt=Vg*dm/dt, ponieważ prędkość wylotowa gazów (Vg) jest stała. dm/dt, to masa gazów wyrzucana w jednostce czasu, czyli zużycie paliwa. Dalej oznaczając w=dm/dt, mamy siłę ciągu
Błąd siedzi już tutaj.
Czego to jest pęd? Ten p? Bo z różniczkowania najwyraźniej wynika,
że p = m Vg. Masa rakiety razy prędkosć wylotowa gazów?
Eee, bez sensu;-) Pędem samochodu nie jest jego masa razy prędkość
spalin. Rakiety też nie.
Pęd rakeity to m*V, gdzie V to prędkośc rakiety.
To mamy zróżniczkować? Tez nieco bez sensu, bo dostaniemy
dm/dt V + dV/dt m =0. Nic to nie znaczy, bo to samo równanie możemy
rozpisać dla kamienia.
A wysatrczy być trochę mniej sprytnym i pokombinować, co się tam dzieje.
Tracimy ładne/sprytne jednolinijkowe wyprowadzenie matematyczne, ale
przynajmniej możemy być pewni, co się dzieje.
Rozpiszmy równanie na pęd, ale w formie przed-po.
Przed rakiera ma prędkośc V1 i masę m + dm, a po ma prędkosć V2, masę
(m), a daodatkowo wyrzuciliśmy z siebie masę dm i leci ona
z prędkością V1-Vg.
Równanie na pęd:
V1 (m+dm) = V2 m + dm (V1-Vg).
V1 m + V1 dm = V2 m + dm V1 - dm Vg
(V2-V1)(m) = dm Vg
Bawimy się różniczkami, v2-V1 = dV:
dV m = dm Vg
dV = dm/m Vg
Możemy sobie pocałkować:
V - V0 = -Vg ln(m/m0) = Vg ln(m0/m)
Wyszło to co Ciołkowskiemu.
Tak jak chciłeś, czyli przez rozważanie pędu całego ukłądu i jego
zróżniczkowanie, też by się dało, ale byłoby to (przynajmniej tak mi
to wygląda) nieco bardzije upierdliwe, bo ciężej ten całkowity pęd opisać.
Rakeita ma prędkośc V(t) i masę m(t) = m0 - dm/dt t (dm/dt to po prostu stała
opisująca tempo zuzywania paliwa, ozbaczmy ją k). Pęd rakeity jest prosty do
wypisania, V(t)*m(t). Ale co z pędem reszty układu? Tzn gazów?
W każdej przedziale (t', t'+dt') pojawiała się w smudze drobinka
k dt' paliwa. Jaką miała prędkość? V(t')-Vg (bo w momencie t'
rakeita maiła v(t') i wystrzeliła masę z -Vg względem siebie).
To jaki jest łączny pęd smugi w chwili t?
\int_t0^t (V(t')-Vg)k dt'
Robi się groźnie;-)
Pęd całego układu:
P(t) = V(t)*m(t) + \int_t0^t (V(t')-Vg)k dt'
I co teraz wiemy? Wiemy, że pęd jest zachowany. dP/dt =0
Różniczkujemy więc całkowity pęd i przyrównujemy do zera.
0 = dV(t)/dt m(t) + dm(t)/dt V(t) + (V(t)-Vg)k
Ale k =dm/dt, więc (będę też pomijał oznaczanie zależnosci od czasu)
0 = dV/dt m + dm/dt V + V dm/dt - Vg dm/dt
Vg dm/dt = m dV/dt
Vg dm/m = dV
To samo równanie, ktore otrzymalismy "szkolną" metodą.
Przy której nie musieliśmy zapisuwac całek i pamiętać,
jak sie różniczkuje funkcje po zmiennym przedziale całkowania;-)
Dać się dało, może daje to nawet jakies zrozumienie rakeity,
ale wolę wersję prostą:)
Zauważ, że w tych relacjach nie ma w ogole czasu. W peirwwej wersji
mówiliśmy tylko o sytuacji przed i po wystrzeleniu malutkiej masy dm,
ale nie mowiliśmy, ile ona zajęła.
W wyprowadzeniu "z zasady zachowania pędu całego układu" były różniczki
po czasie, ale w formie df/dt = dg/dt, więc się 'skróciły'.
I rzeczywiścei, wzór Ciołkowskiego mówi, ile prędkości nabierzesz
jeśli wypalisz tyle a tyle paliwa. I jest to rezultat niezależny od mocy
silnika i tempa wywalania materii, jedynie od prędkośc wylatujących cząstek.
pzdr
bartekltg