问题
计算题
(12分)目前,我国正在实施“嫦娥奔月”计划.如图所示,登月飞船以速度v0绕月球做圆周运动,已知飞船质量为m=1.2×104kg,离月球表面的高度为h=100km,飞船在A点突然向前做短时间喷气,喷气的相对速度为u=1.0×104m/s,喷气后飞船在A点的速度减为vA,于是飞船将沿新的椭圆轨道运行,最终飞船能在图中的B点着陆(A、B连线通过月球中心,即A、B两点分别是椭圆的远月点和近月点),试问:
(1)飞船绕月球做圆周运动的速度v0是多大?
(2)由开普勒第二定律可知,飞船在A、B两处的面积速度相等,即rAvA=rBvB,为使飞船能在B点着陆,A点的速度vA是多大?已知月球的半径为R=1700km,月球表面的重力加速度为g=1.7m/s2(选无限远处为零势能点,物体的重力势能大小为Ep=).
答案
(1)v0=1652m/s
(2)vA=1628m/s
(1)当飞船以v0绕月球做半径为rA=R+h的圆周运动时,由牛顿第二定律得,
则
式中M表示月球的质量,R为月球的半径,为月球表面的重力加速度,
所以代入数据得,v0=1652m/s
(2)根据开普勒第二定律,飞船在A、B两处的面积速度相等,所以有rAvA=rBvB,
即(R+h)vA=RvB ①
由机械能守恒定律得, ②
由①②式并代入数据得,vA=1628m/s