2011年11月1日5时58分07秒,中国“长征二号F”遥八运载火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场点火起飞,将“神舟八号”飞船发射升空.根据轨道计算结果,“神舟八号”飞船于6时7分53秒进入近地点约200千米,远地点329千米,轨道倾角为42度,周期5379秒的初始轨道,随后在地面测控通信系统的导引下,神舟八号飞船经五次变轨,从初始轨道转移到330千米的近圆轨道.现假设长征二号运载火箭托举着神舟八号飞船送入近地点为A、远地点为B的初始椭圆轨道上,A点距地面的高度为h1,如图所示.以后变轨到近园轨道上运行,若飞船在近圆轨道上飞行n圈所用时间为t.已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R.飞船的质量为m0.求:
(1)飞船在A点的加速度大小a.
(2)飞船在远地点B距地面的高度h2.
(3)假设飞船在初始椭圆轨道A点的速度为VA,变轨后进入近园轨道运行,这个过程合外力对飞船做的功.
(1)设地球质量为M.
飞船在A点:G
=m0aMm0 (R+h)2
对地面上质量为m的物体:G
=mgMm R2
解得:a=
gR2 (R+h1)2
(2)飞船在近圆轨道上飞行的周期:T=t n
近圆轨道半径为r=h2+R,
则有:G
=mMm r2
r4π2 T2
解出:h2=
-R3 gR2t2 4π2n2
(3)设飞船在近圆轨道上运动的速度为VB,
G
=Mm0 (R+h2)2 m0VB2 R+h2
由动能定理可得:外力对飞船做的功W:
W=
m0VB2-1 2
m0VA2=1 2 m0gR2 2
-3 4π2n2 R2gt2
m0VA21 2
答:(1)飞船在A点的加速度大小a为
g;R2 (R+h1)2
(2)飞船在远地点B距地面的高度h2为
-R;3 gR2t2 4π2n2
(3)假设飞船在初始椭圆轨道A点的速度为VA,变轨后进入近园轨道运行,这个过程合外力对飞船做的功为m0gR2 2
-3 4π2n2 R2gt2
m0VA2.1 2