问题 问答题

据报道:我国航天员在俄国训练时曾经“在1.5万米高空,连续飞了10个抛物线.俄方的一个助理教练半途就吐得一塌糊涂,我们的小伙子是第一次做这种实际飞行实验,但一路却神情自若,失重时都纷纷飘起来,还不断做着穿、脱宇航服等操作.”设飞机的运动轨迹是如图所示的一个抛物线接着一段120度的圆弧再接着一个抛物线;飞机的最大速度是900km/h,在圆弧段飞机速率保持不变;被训航天员所能承受的最大示重是8mg.求:

(1)在这十个连续的动作中被训航天员处于完全失重状态的时间是多少?

(2)圆弧的最小半径是多少?(实际上由于飞机在这期间有所调整和休息,所花总时间远大于这个时间,约是一小时)

(3)完成这些动作的总时间至少是多少?

(4)期间飞机的水平位移是多少?(提示:抛物线部分左右对称,上升阶段和下降阶段时间相等,水平位移相等,加速度相同,飞机在抛物线的顶端时速度在水平方向)(取g=9.75m/s2

答案

(1)在飞机沿着抛物线运动时被训人员处于完全失重状态,加速度为g,抛物线的后一半是平抛运动,在抛物线的末端飞机速度最大,为:v=250m/s.

竖直方向的分量:vy=250cos30°=216.5m/s.

水平方向的分量:vx=250sin30°=125m/s.

平抛运动的时间:t=

Vy
g
=22.2s.

被训航天员处于完全失重状态的总时间是:t=10×2t=444s.

(2)由向心力公式知:T-mg=m

V2
r

由题意得T=8mg,

代入数据解得:r=915.7m

(3)每飞过一个120°的圆弧所用时间为:t′=

2πr
V
×
1
3
=7.67s,

t=10t′+t=76.7+444=520.7s

(4)每个平抛运动水平方向的位移是:s=vxt=2775m.

所以有:s=20s+10×2rsin30°=55500+15859=71359m

答:(1)在这十个连续的动作中被训航天员处于完全失重状态的时间是444s

(2)圆弧的最小半径是915.7m

(3)完成这些动作的总时间至少是520.7s

(4)期间飞机的水平位移是71359m

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