速度之謎:朝鮮舞水端飛彈能射多遠?

2020-12-20 搜狐網

  2月12日,朝鮮進行北極星二型飛彈試射,其飛行距離為500公裡,飛行最大的高度為500公裡,使用了抬高彈道。我們可以根據這些數據,用簡單的辦法估算北極星二型的發動機關機速度,也可稱其為彈頭再入大氣層的速度。有了這個速度,還可估算北極星二型飛彈的射程。一般我們不加說明地提到飛彈射程的時候,往往就是指最大射程。

  朝鮮去年六月份密集地進行了多次舞水端飛彈飛行試驗,其中一次試射據報導是成功的,而且飛彈走的也是抬高彈道。當時,飛彈的飛行距離僅僅為400公裡,飛行最大高度居然達到了1400公裡。與這次北極星二型飛彈試射相比,去年六月的這次舞水端試射的彈道實在是太陡了,差不多就是直上直下。我們也可用初等方法估算一下舞水端飛彈的發動機關機速度,也是其彈頭再入大氣層的速度;有了這個速度我們還可以了解舞水端的射程。

  這次飛彈試射中,舞水端飛彈水平方向的飛行距離僅為400公裡,但是,在豎直方向居然飛行了1400公裡,這還是克服了重力之後的飛行距離。可以想像,在發動機關機點,飛彈向上的速度遠遠大於水平方向的速度。因此,我們可以忽略水平方向的速度,把這次飛彈試射看作一個上拋運動。

  做了這些簡化之後,問題很簡單了:一個物體豎直上拋之後,達到最大高度1400公裡,問上拋速度為多少?

  上拋速度的公式是:初始速度的平方等於重力加速度乘以最大高度的二倍【v2=2gh】。把重力加速度10米每秒的平方,高度1400000米代入公式,可以算出初始速度為5300米/秒。

  有初中物理的基礎就有足夠的知識解答這個問題;難點在於如何簡化問題,找到思路。有了思路之後,計算這個題目的過程簡直易如反掌。

  上述解答方法有些粗疏,答案有些誤差,原因在於1400公裡的高度太高了。相對於地球的半徑6400公裡,1400公裡不算太小。在這個高度的重力加速度會有明顯下降,而我們在前面的公式中用的重力加速度是一個固定值。這可能帶來一些計算誤差,因此,在計算中我們需要考慮重力加速度的變化來減少誤差。

  前面的上拋運動所用的公式其實是一個能量守恆的公式:上拋物體在起始點的動能轉化為最高點的勢能【½m v2=mgh】。這個公式中兩邊都有物體的質量,因此可以約分掉。我們可以把這個公式修改一下,使得它能描述變化的重力加速度,為此,我們需要一個一般性的重力場勢能公式。

  在地表以上,重力場勢能為:重力場常數乘以物體的質量、乘以地球質量、除以該物體距離地心的距離、再取負號【P=-GmM/r】。在上拋開始的時候,物體在地表附近,其勢能公式中距離地心的距離就是地球的半徑6400公裡;當物體高度達到1400公裡的時候,它距離地心的距離是7800公裡(6400+1400)。這樣我們可以寫出一個上拋的動能轉變為勢能的公式:物體在地表附近的動能加上物體在地表附近的勢能,等於物體在1400公裡高的勢能【-GmM/R+½m v2=- GmM/(R+h)】。

  同樣的,公式兩邊都有物體的質量,可以約分掉。這樣仍可以用初等方法求出上拋物體的初始速度為:4800米/秒。

  用這個速度來推算舞水端的射程,初等的數學方法已經不夠用了。因為這個時候飛彈的射程已經能夠與地球的半徑相比較,地球的曲率不能忽略。這時的飛彈軌道是橢圓的一部分,而不是一段拋物線。

  4800米/秒的關機點速度對應的飛彈射程大約是3000公裡。

  看了這個計算,我們發現,朝鮮從去年夏天開始就嘗試高彈道的飛彈試射。這應該是朝鮮系列性的活動,而不是一時的心血來潮。我們還發現,只要我們有一些科學常識,哪怕只是初中的科學基礎,我們也能夠了解那些看上去很神秘、很保密的東西。

news.sohu.com false 澎湃新聞 http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1625406 report 1767 2月12日,朝鮮進行北極星二型飛彈試射,其飛行距離為500公裡,飛行最大的高度為500公裡,使用了抬高彈道。我們可以根據這些數據,用簡單的辦法估算北極星二型的發

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