题目内容

2005年6月17日,美国密执安大学五名学习航空航天工程的大学生搭乘NASA的飞艇参加了“微重力学生飞行机会计划”.飞行员将飞艇开到6 000 m的高空后,让其由静止下落,以模拟一种微重力的环境,下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0.04倍,这样,可以获得持续25 s之久的失重状态,大学生们就可以进行微重力影响下的实验,后接着飞艇又做匀减速运动.若飞艇离地面的高度不得低于500 m,重力加速度g取10 m/s2,试计算:

(1)飞艇在25 s内所下落的高度;

(2)在飞艇后来的减速过程中,大学生对座位的压力是重力的多少倍?

(1)3 000 m (2)2.15倍

(1)设飞艇在25 s内下落的加速度为a1,根据牛顿第二定律可得:mg-F1=ma1

解得:a1===9.6 m/s2

所以飞艇在25 s内下落的高度

h1=a1t2=×9.6 m/s2×(25 s)2=3 000 m.

(2)25 s后,飞艇将做减速运动,减速时飞艇的初速度v为v=a1t=9.6 m/s2×25 s=240 m/s

减速运动下落的最大高度h2

h2=6 000 m-3 000 m-500 m=2 500 m

减速运动飞艇的加速度大小a2至少为

a2==11.52 m/s2

所以飞艇对大学生的支持力FN

FN=m′(g+a2)=2.15m′g

由牛顿第三定律可知FN′=-FN,即大学生对座位的压力是重力的2.15倍.

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