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2005年6月17日,美国密执安大学五名学习航空航天工程的大学生搭乘NASA的飞艇参加了“微重力学生飞行机会计划”.飞行员将飞艇开到6000m的高空后,让其由静止下落,以模拟一种微重力的环境,下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0.04倍,这样,可以获得持续25s之久的失重状态,大学生们就可以进行微重力影响下的实验,后接着飞艇又做匀减速运动.若飞艇离地面的高度不得低于500m,重力加速度g取10m/s2,试计算:

(1)飞艇在25s内所下落的高度;

(2)在飞艇后来的减速过程中,大学生对座位的压力是重力的多少倍?

(1)设飞艇在25s内下落的加速度为a1,根据牛顿第二定律可得mg-F1=ma1

解得a1=m/s2=9.6m/s2

所以飞艇在25s内下落的高度为h1=a1t2=×9.6×252m=3000m.

(2)25s后,飞艇将做减速运动,减速时飞艇的初速度v

为:v=a1t=9.6×25m/s=240m/s.

减速运动下落的最大高度h2为:

h2=6000m-3000m-500m=2500m

减速运动飞艇的加速度大小a2至少为:a2=m/s2=11.52m/s2

所以飞艇对大学生的支持力FN为:FN=m′(g+a2)=2.15m′g

由牛顿第三定律可知FN′=-FN,即大学生对座位的压力是重力的2.15倍.

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科目:高中物理 来源: 题型:

“神舟”六号飞船完成了预定空间科学和技术试验任务后,返回舱于2005年10月17日4时11分开始从太空向地球表面按预定轨道返回.在离地l0km的高度返回舱打开阻力降落伞减速下降,返回舱在这一过程中所受空气阻力与速度的平方成正比,比例系数(空气阻力系数)为k.已知返回舱的总质量M=3000kg,所受空气浮力恒定不变,且认为竖直降落.从某时刻起开始计时,返回舱的运动v-t图象如图中的AD曲线所示,图中AB是曲线在A点的切线,切线交于横轴于B点的坐标为( 10,0 ),CD是AD的渐近线,亦是平行于横轴的直线,交纵轴于C点,C点的坐标为( 0,6 ).请解决下列问题:(取g=10m/s2
(1)在初始时刻v0=160m/s时,它的加速度多大?
(2)推证空气阻力系数k的表达式并算出其数值;
(3)返回舱在距地高度h=10m时,飞船底部的4个反推力小火箭点火工作,使其速度由6m/s迅速减至1m/s后落在地面上. 若忽略燃料质量的减少对返回舱总质量的影响,并忽略此段速度变化而引起空气阻力的变化,试估算每支小火箭的平均推力(计算结果取两位有效数字).

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   (1)在初始时刻v0 = 160m/s时,它的加速度多大?

   (2)推证空气阻力系数k的表达式并算出其数值;

   (3)返回舱在距地高度h = 10m时, 飞船底部的4个反推力小火箭点火工作, 使其速度由6m/s迅速减至1m/s后落在地面上。 若忽略燃料质量的减少对返回舱总质量的影响, 并忽略此阶段速度变化而引起空气阻力的变化, 试估算每支小火箭的平均推力(计算结果取两位有效数字)。

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