問題詳情:
“神舟”六號飛船完成了預定空間科學和技術試驗任務後,返回艙於2005年10月17日4時11分開始從太空向地球表面按預定軌道返回,在離地10km的高度開啟阻力降落傘減速下降,這一過程中若返回艙所受阻力與速度的平方成正比,比例係數(空氣阻力系數)爲k,設返回艙總質量M=3000kg,所受空氣浮力恆定不變,且認爲豎直降落。從某時刻開始計時,返回艙的運動v-t圖象如圖中的AD曲線所示,圖中AB是曲線在A點的切線,切線交於橫軸一點B的座標爲(8,0),CD是平行橫軸的直線,交縱軸於C點C的座標爲(0,8)。g取10m/s2,請解決下列問題:
(1)在初始時刻v0=160m/s時,它的加速度多大?
(2)推*空氣阻力系數k的表達式並算出其數值。
(3)返回艙在距離高度h=1m時,飛船底部的4個反推力小火箭點火工作,使其速度由8m/s迅速減至1m/s後落在地面上,若忽略燃料
質量的減少對返回艙總質量的影響,並忽略此
階段速度變化而引起空氣阻力的變化,試估算
每支小火箭的平均推力(計算結果取兩位有效
數字)
【回答】
(1)根據速度圖象*質可知,在初始v0=160m/s時,過A點切線的斜率既爲此時的加速度,設爲a1,其大小爲
(3分)
(2)由圖知,返回艙的v – t圖的斜率逐漸減小,最後是以v1=8m/s的速度作勻速運動。
設返回艙所受空氣浮力爲f,在t=0時,
根據牛頓第二定律則有:
① (2分)
速度爲時,返回艙受力平衡,即有:
②(2分)
由①、②兩式解得: (2分)
代入數值得: (1分)
(3)設每支小火箭的平均推力爲F0,反推加速度大小爲a2,着地速度爲v2
由題意知,返回艙在距離地高度h=1m前,已處於勻速運動狀態。故返回艙在着地前的加速度由4個小火箭的反推力產生
根據牛頓第二定律:(2分)
又由運動學公式知:(2分)
由(3)、(4)兩式解得: (1分)
(1分)
知識點:牛頓運動定律單元測試
題型:計算題