问题 问答题

为了使航天员能适应在失重环境下是的工作和生活,国家航天局组织对航天员进行失重训练.故需要创造一种失重环境;航天员乘坐到民航客机上后,训练客机总重5×104kg,以200m/s速度沿30°倾角爬升到7000米高空后飞机向上拉起,沿竖直方向以200m/s 的初速度向上作匀减速直线运动,匀减速的加速度为g,当飞机到最高点后立即掉头向下,仍沿竖直方向以加速度为g加速运动,在前段时间内创造出完全失重,当飞机离地2000米高时为了安全必须拉起,后又可一次次重复为航天员失重训练.若飞机飞行时所受的空气阻力f=Kv(k=900N•s/m),每次飞机速度达到350m/s 后必须终止失重训练(否则飞机可能失速).

求:(1)飞机一次上下运动为航天员创造的完全失重的时间.

(2)飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力(整个运动空间重力加速度不变).

(3)经过几次飞行后,驾驶员想在保持其它不变,在失重训练时间不变的情况下,降低飞机拉起的高度(在B点前把飞机拉起)以节约燃油,若不考虑飞机的长度,计算出一次最多能节约的能量.

答案

(1)上升时间t=

v0
g
=20s    

上升高度h=

v20
2g
=2000m

判断当速度达到350m/s时,下落高度h=

v21
2g
=6125m,此时离地高度为h+h-h=7000+2000-6125=2875>2000m,

t=

v1
g
=35s

所以一次上下创造的完全失重的时间为55s

(2)当飞机在离地4500m>2875m,所以飞机仍在完全失重状态,飞机自由下落的高度

h2=2000+7000-4500m=4500m

此时,v2=

2gh2
=300m/s

推力F=f=kv2=900×300N=2.7×105N

(3)为了节约能量,那么让飞机在2000m是速度正好为350m/s,所以此时最大离地高度为2000+h=8125m,故飞机拉起的高度为8125-h=6125m,即比原来提前△h=7000-6125=875m拉起,飞机节省的能量就是在这875m中克服重力和阻力做的功之和(因为在这个过程飞机是匀速的,动能没有改变)

WF=mg△h+kv0

△h
sin30°
=7.525×108J

答:(1)飞机一次上下运动为航天员创造的完全失重的时间为55s.

(2)飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力(整个运动空间重力加速度不变)2.7×105N.

(3)经过几次飞行后,驾驶员想在保持其它不变,在失重训练时间不变的情况下,降低飞机拉起的高度(在B点前把飞机拉起)以节约燃油,若不考虑飞机的长度,计算出一次最多能节约的能量为7.525×108J.

单项选择题 A1型题
单项选择题