问题
计算题
火星表面特征非常接近地球,适合人类居住。近期我国宇航员王跃正与俄罗斯宇航员一起进行“模拟登火星”实验活动。宇航员为了测定火星表面的重力加速度,做了如下探究:
将直径为d的光滑环形轨道竖直固定在火星表面,让小滑块在轨道内做圆周运动,如图所示,当小滑块经过轨道最低点速度为v0时,恰能通过轨道最高点。已知火星的半径为R火。
(1)试求火星表面的重力加速度g;
(2)若给火星发射一颗人造卫星,试计算卫星运行周期应满足的条件。
答案
解:(1)小滑块在轨道内做圆周运动时机械能守恒,有
①
由于滑块恰能通过轨道最高点,所以有
②
③
联立①②③解得 ④
(2)卫星运动时万有引力提供向心力,有 ⑤
在火星表面,万有引力近似等于其重力,即 ⑥
联立⑤⑥解得 ⑦
当卫星贴近火星表面运动时,r≈R火,此时运行周期最短,故 ⑧
代入④式得 ⑨