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假設真空條件下,只考慮地球自轉和子彈的慣性運動,在地球赤道上垂直向上發射一顆子彈,回落後它會落入原槍管中嗎?
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回覆列表
  • 1 # 希望d田野

    子彈在經膛線獲得旋轉力之後,其飛行姿態與陀螺非常類似,子彈出槍管後呈拋物線旋轉飛行,初速絕對是垂直的,但飛行0.01秒後就呈拋物線式飛行

    隨著飛行的距離越來越遠,拋物線的弧度會越來越大,當失去推力後子彈永遠不可能掉回原來的發射的地方,更不可能落入槍管中。

  • 2 # 媽咪說MommyTalk

    即使不考慮空氣阻力,子彈也不會落入原槍管中。先說結論後計算:

    垂直上拋運動(子彈算上拋的一種)

    在北半球垂直上拋落點偏西南;在南半球垂直上拋落點偏西北;赤道上只偏西且偏移最嚴重;南北極點不會產生偏移。

    垂直上拋物體受到兩個裡的影響:科里奧利力和慣性離心力。若只考慮科里奧利力物體只偏西,不會產生南北的偏移。上述結論是考慮了兩個力之後的結果,下面為科里奧利力的計算過程。

    問題:假設子彈在緯度λ的地方以速度v0垂直向上射出,到達高度h後下落至地面,(不計空氣阻力)試求子彈偏移距離。

    我們已地面為非慣性參考系建立一個座標系Oxyz,x指南,z豎直向上,上拋帶點即為O,我們便可以得到質點的運動微分方程:

    結合初始條件t=0, x=y=z=0, x"=y"=0, z"=v0 能夠得出

    透過兩個方程組可以解出:

    最後一個等式可以得出

    倒數第二個等式可以得出

    上拋運動初始速度和高度的關係

    最終我們可以求得落地偏差的公式為:

    地球平均角速度ω約等於7.292x10^-5rad/s,這樣我們就可以求得偏移的距離了,但偏移的距離很小很小,如果子彈向上飛出的高度為200米,並且在赤道(赤道偏移最大),大約會產生偏移25cm。

    當然上述結果只考慮了科里奧利力,而且還消掉了一個二階小量。但由於偏差較小,還是可以用作參考的,如果考慮慣性離心力結果的修正應該為:

    結論在文章最開始已經說了,另外拋開題主的問題另外說明一點,以上討論適用於垂直上拋運動,若物體做自由落體運動,結果不一樣,在科里奧利力影響下自由落體物體的落點會偏東,而不是偏西。在南北極也不會產生偏移。二者的區別在於,垂直上拋物體是在地球近端擁有和地球一樣的角速度,自由落體運動是在遠端擁有和地球一樣的角速度。這裡不做深一步探討,只簡單說一下。

  • 3 # 挺拔青松TBQS

    在赤色道上垂直向天空發射一顆子彈,即使是真空無風阻的條件下永遠也不會落到槍管中。因為地球自西向東在不停的運轉,垂直射出的子彈自由落體時向相反的方向回落有一個停頓時間差,同時也產生了落地時的偏差距離。

  • 4 # 李永樂老師

    如果按照地面是平的、子彈飛出後為拋物線計算, 那麼一定能掉回槍管。但是實際上地球是圓形,子彈速度較大,與拋物線也有較大偏差,所以要按照嚴格的橢圓軌道計算。

    橢圓與地球之間關係如圖所示:

    從定性分析來看,子彈飛出時角動量守恆,由於飛行過程中半徑變大,角速度減小,所以顯而易見子彈會落後於地球自轉,因此子彈會落在槍的西側。

    如果想知道子彈落後於地球的距離,就需要計算子彈出發點A和落點B對地心的夾角,再計算同樣時間內地球自轉角度,利用二者之差乘以地球半徑。

    這個問題小量很多,我們必須做出很多近似:

    近似1:地球為正球體,半徑、角速度、重力加速度如下:

    近似2:子彈速度大約300-400m/s,由於赤道附近速度v=472m/s,設子彈速度也是472m/s,這樣假設的好處在於子彈相對於地心以45度角發射。

    在這種情況下,這條拋物線的長軸、短軸和焦距分別為:

    以上計算需要使用橢圓軌道的相關方程,這裡沒有列出詳細步驟。

    子彈從A點出發,最終落到B點,根據橢圓極座標公式

    可以得到AOB夾角為

    以上計算使用了小量近似。

    然後計算從A飛行到B的時間t。利用積分,可以將子彈從A飛行到B掃過的面積寫作

    以上計算使用了小量近似。

    於是根據橢圓面積公式和開普勒第三定律,得到飛行時間t=95.73s

    在這段時間,地球自轉角度:

    我們發現,子彈會落後於地球,相差角度

    相差距離

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