¿Por qué los cohetes despegan en una trayectoria curva?

La trayectoria de lanzamiento del cohete es el resultado de la interacción entre la velocidad de la Tierra y el empuje del cohete, y también es el cálculo con mayor eficiencia de combustible. Los estudiantes que hayan estudiado mecánica teórica deberían poder analizarla. De lo contrario, haga clic en mi página de inicio para ver la columna de Lili. Las razones específicas se analizarán juntas.

1. Análisis de fuerza en el lanzamiento de un cohete

El cohete se ve afectado por la gravedad, la resistencia del aire y el empuje del motor durante el lanzamiento, como se muestra en la siguiente figura. Intuitivamente hablando, para hacer que el cohete despegue del suelo lo más rápido posible, caminar en línea recta (verticalmente hacia arriba) es la distancia más corta. En realidad es cierto. Al inicio del lanzamiento, el cohete siempre despega del suelo verticalmente.

2. ¿Trayectoria curva del cohete? Estaba decidido desde el principio.

El cohete acabará girando alrededor de la Tierra, lo que determina que la forma final del cohete debe ser paralela al suelo, como se muestra en la siguiente figura. Esto significa que el cohete cambia gradualmente de un estado vertical al comienzo del lanzamiento a un estado paralelo. En otras palabras, se decidió desde el principio que la trayectoria del cohete sólo podía ser un arco.

3. ¿Trayectoria curva del cohete? La influencia de la fuerza de deflexión de la tierra

Debido a la rotación de la propia tierra, cuando los objetos en la tierra se mueven, se generará la fuerza de Coriolis, que es la fuerza de deflexión geográfica de la tierra. Normalmente, esta fuerza de Coriolis es débil. La velocidad angular de rotación de la Tierra es muy pequeña, alrededor de 7,292,5 radianes por segundo. Cuando se lanzó el cohete, la velocidad del primer universo era de 7,9 km/s, lo cual era muy grande. Pero la masa de la fuerza de Coriolis es sólo 1,15 veces mayor que la de la fuerza de Coriolis. La gravedad es 8,5 veces la fuerza de Coriolis, por lo que el efecto de la fuerza de Coriolis es muy débil.

4.¿Pista de cohete en arco? Influencia de la Atmósfera Terrestre

De hecho, la fuerza de Coriolis es completamente contraria a afectar la trayectoria del cohete. Porque, después de lanzar el cohete, la dirección de desviación es la dirección de rotación de la Tierra. Como todos sabemos, la Tierra gira de oeste a este, lo que hace que todos los objetos de la Tierra se muevan con ella, incluidos los cohetes y la atmósfera. Sin embargo, este movimiento se retrasa debido a la distancia. Cuanto más cerca del suelo, mayor será la sincronización con la tierra, y cuanto más lejos del suelo, menor será la sincronización. En la atmósfera superior, aunque la atmósfera todavía gira como la Tierra, se mueve más lentamente que la atmósfera inferior debido al retraso. La razón fundamental es que la atmósfera es un fluido y los fluidos tienen un tiempo de respuesta más largo.

Los cohetes también se ven afectados por la velocidad de rotación de la Tierra. La altitud tiene poco efecto sobre la histéresis del movimiento de los cohetes, principalmente a través de la atmósfera. En altitudes elevadas y bajas, cuando la velocidad del cohete es la misma, el cohete consume menos energía en altitudes elevadas debido a la baja velocidad atmosférica. Desde esta perspectiva, la atmósfera terrestre no afecta la trayectoria del cohete.

Al volar verticalmente hacia arriba, debido a la velocidad de la propia atmósfera de oeste a este, se formará una resistencia lateral del aire en el lado del cohete. Aunque el cohete seguirá a la Tierra de oeste a este, la resistencia lateral es causada por la diferencia en las velocidades del viento en la punta y la cola del cohete. El cohete también se ralentiza en dirección circunferencial debido a la resistencia. Por supuesto, el impacto aún es limitado. 5. ¿Trayectoria curva del cohete? Efectos de la Rotación de la Tierra

El efecto realmente importante proviene de la rotación de la Tierra. La velocidad lineal v2 del cohete de oeste a este es la misma que la de la Tierra y la velocidad vertical v1 generada por el motor del cohete. Como se mencionó anteriormente, aunque la velocidad angular de la Tierra no es grande, su radio es enorme y su velocidad lineal superficial es enorme. La velocidad lineal en el ecuador alcanza los 1670 km/h.

De acuerdo con estas dos velocidades mutuamente perpendiculares, la dirección de la velocidad resultante tiene una pendiente hacia arriba, como se muestra en la figura anterior. Por lo tanto, la trayectoria del cohete no debe seguir verticalmente, sino inclinarse en el sentido de rotación. En este caso, para ahorrar combustible, el cohete simplemente se mueve en esta dirección inclinada.

6. Resumen

La razón principal de la trayectoria de lanzamiento del cohete en forma de arco es que la rotación de la Tierra le da al cohete una velocidad circular inicial. Para ahorrar combustible se debe utilizar esta velocidad inicial, por lo que la trayectoria del cohete se desviará en el sentido de rotación.