Cohete con fuerza de arrastre, Pregunta de examen

Esta pregunta apareció en mi examen de práctica.

Una nave espacial de masa METRO 0 (barco+combustible) viaja horizontalmente en la atmósfera terrestre, lo que ejerce una fuerza de arrastre F = b v . La nave está equipada con un retro-cohete apuntando en la dirección de avance (en la parte delantera de la nave, el propósito es reducir la velocidad de la nave). El retrocohete quema combustible a una velocidad constante. d metro d t = k , el escape sale de la tobera a una velocidad u con respecto a la velocidad del cohete. La nave espacial entra en la atmósfera a una velocidad V 0 . Resuelve la velocidad con respecto al tiempo.

La respuesta correcta es:

v = ( k tu b + V 0 ) ( metro 0 k t metro 0 ) ( b k ) k tu b

Mi intento:

PAG F i norte a yo = metro F i norte a yo v F i norte a yo
PAG F i norte a yo = metro r o C k mi t v r o C k mi t metro F tu mi yo v F tu mi yo t d r a gramo
Para ser honesto, no estoy muy seguro de qué hacer con Drag Force. pero sé que F = d pag d t así que para que todos los términos cobren impulso. Decidí tomar la integral.

metro r o C k mi t = metro 0 metro F tu mi yo = metro 0 d metro d t = metro 0 + k t
v r o C k mi t = V 0 d v
Debe haber alguna disminución en la velocidad aquí (?)
metro F tu mi yo = d metro d t t = k t
v F tu mi yo = V 0 d v + tu
metro F i norte a yo = metro 0 + k t
Poniendolo todo junto:
( metro 0 + k t ) V F i norte a yo = ( metro 0 + k t ) ( V 0 d v ) ( k t ) ( V 0 d v + tu ) t b v
Y ya estoy bastante perdido. No sé cómo lidiar con la fuerza de arrastre, y tampoco sé cómo calcular d v . Mi respuesta no se parece en nada a la solución dada.

El trabajo para la solución o cualquier sugerencia sería muy apreciada.

Respuestas (1)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Deje que el cohete viaje con una velocidad v + d v y sea su masa metro + d metro dónde d v y d metro es la disminución de la velocidad del cohete y la masa que es expulsada respectivamente después de un tiempo d t .

d metro d t = k metro = METRO 0 k t

El cambio en el momento lineal del sistema de masa del cohete es:

d pag = metro v + d metro ( v + tu ) ( metro + d metro ) ( v + d v )
d pag = tu d metro metro d v

El cambio en la cantidad de movimiento se debe al impulso proporcionado por la fuerza de arrastre que es b v d t

De este modo: b v d t = tu d metro metro d v
b v = tu k metro d v d t
Sustituyendo metro = METRO 0 k t ,

b v = tu k ( METRO 0 k t ) d v d t d v tu k + b v = d t METRO 0 k t
integrando desde V 0 a v y 0 a t , obtenemos la respuesta requerida