题目内容

2003年10月15日,我国成功地发射了“神州”五号载人宇宙飞船。发射飞船的火箭全长58.3m,起飞时总质量M0=479.8t(吨)。发射的初始阶段,火箭竖直升空,航天员杨利伟有较强的超重感,仪器显示他对仓座的最大压力达到体重的5倍。飞船进入轨道后,21h内环绕地球飞行了14圈。将飞船运行的轨道简化为圆形,地球表面的重力加速度g取10m/s2

   (1)求发射的初始阶段(假设火箭总质量不变),火箭受到的最大推力;

   (2)若飞船做圆周运动的周期用T表示,地球半径用R表示。请推导出飞船圆轨道离地面高度的表达式。

解:

(1)设火箭发射初始阶段的量大加速度为a,航天员受到的最大支持力为N,航天员质量为m0,根据牛顿第二定律

  依题意和牛顿第二定律 

解得a=40m/s2

设发射初始阶段火箭受到的最大推力为F,根据牛顿第二定律

解得:F=2.4×107N

(2)设地球质量为M,飞船质量为m,距地面的高度为h,则飞船受到地球的引力为飞船提供向心力

地面物体所受力有引力近似等于重力,设物体质量为m′,则

解得:

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