高中物理知识在航空领域的应用

2019-02-14张景嘉

数字通信世界 2019年1期

张景嘉

（山东省济南市章丘区第四中学，济南 250200）

1 引言

高中的学习过程当中，不仅是为我们步入大学打下坚实的基础，更是为提升同学们的综合思维能力等，做好了一定的铺垫。众所周知的是，现阶段各个国家的航空航天事业发展都处于重要的阶段，航空航天的技术发展不仅仅是提升对于宇宙和太空的了解，更是体现一个国家综合实力的重要手段。我国的航空航天事业发展已经取得了丰硕的成果，而作为高中生，其实在高中的物理学习当中就已经涉及到了很多航空航天知识。

2 航空领域涉及的天体运动定律

在航空领域，面向的研究对象是广阔的太空，而在高中的物理学习当中，则也涉及到了天体运动的内容。天体运动是宇宙当中常见的现象，更是高中物理学习必然涉及的内容，而万有引力定律则是一切天体运动的基础，不仅在高中物理的教材以及考试当中占有重要比重，更是航空领域涉及的重要内容。在航空领域，所应用到的高中物理知识当中，主要的天体运动定律包含有开普勒行星运动定律、万有引力定律以及三大宇宙速度。在高中物理的学习过程当中也经常遇见该知识点的相关物理例题，这都是一种实践应用的体现。

2.1 开普勒行星运动定律

开普勒行星运动定律又包含了开普勒轨道定律以及开普勒面积定律，这些定律的主要涉及到的内容都是天体运动过程当中涉及到的轨迹问题。在太阳系当中，各个行星之间所拥有的一个共同之处在与，和太阳的连线在同样时间扫过的面积是相等的[1]。因此无论太阳系当中哪一个行星在运动的过程当中，在近日点位置时，运动速率最大，在远日点位置时，运动速率最小。开普勒定律当中还表明，在行星和天体运动的过程当中，运动的周期具体大小只和中心天体存在联系，而不会受到其他的天体影响。

2.2 万有引力定律

万有引力定律是一种针对两个质点之间的相互作用力进行阐述的一种定理。众所周知的是万有引力定律的作用在航空领域当中十分常见，例如在地球和太阳的运动过程当中，地球是围绕太阳运动的，行星和太阳之间存在的一种引力，导致其不会脱离太阳系而走失在茫茫的宇宙，这些都是容易理解的。高中物理的学习当中，万有引力定律的主要内容是指：在自然界当中，任何物体之间都会存在吸引力，两个物体质量和G的乘积以及他们距离的平方，决定主要受到的引力的大小。万有引力定律的发现与证明，在航空领域具有重要的应用[2]。

2.3 三大宇宙速度

在宇宙当中，人们进行各种航天器的发送需要考虑到万有引力的定律，因此面对不同的发射需求，也需要具有一定的最小发射速度范畴。在航天器的发射过程当中，为了实现环绕地球、脱离地球以及飞出太阳系等不同的需求，需要按照第一宇宙速度、第二宇宙速度以及第三宇宙速度来制定发射速度。第一宇宙速度也被称为环绕速度，根据力学理论进行计算，V1=7.9km/s，第二宇宙速度V2=11.2km/s，第三宇宙速度则为16.7km/s。目前如果想挣脱地球乃至太阳的阴历，必须要突破第三宇宙速度。

3 高中物理知识在航空领域的应用

在航空领域应用到的很多物理知识，其实在我们的高中阶段都已经进行了深入的学习，例如在学习万有引力定律的过程当中，在高中阶段就占据了较大的比重，高中物理的考察当中经常会有万有引力定律的立体。高中物理知识和航空航天知识进行联合考察，不仅能够有效了解学生对于知识点的具体掌握，还能够帮助学生了解到该知识点在实践当中的广阔应用前景，促进提升对于高中物理的兴趣提升。

例如在一道例题当中，题目的重要内容如下：石墨烯是今年发现的一种新型材料，能够拥有广阔的应用前景，石墨烯的主要特性是能够导电、导热，并且可以有望利用石墨烯材质，进行太空缆绳的建造。如果在利用石墨烯进行地球同步轨道站和赤道基站的缆绳联通，就可以实现太空和地球的链接。假设赤道基站到地球同步轨道站之间的高度为h，货物运输质量为m。求该货物相对地心运动的动能。其中该地球自转角度为w，半径为R。该题的解题思维为：首先假设货物到地球中心距离为n，线速度为v，因此n=R+h，v=n*w。其中货物相对于底薪的功能E=1/2*（mv2），可推导出，E=1/2*（m（R+h）2）。

诸如此类的题型还有很多，从侧面证明了高中物理和航空航天知识之间存在的密切联系，适当应用高中物理知识和航空领域的结合，是提升学生学习积极性，促进学生全面发展的重要手段。