题目内容

“和平号”空间站已于2001323日成功地坠落在南太平洋海域.坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始,经过与大气摩擦.空间站的大部分经过升温、熔化,最后汽化而销毁,剩下的残片坠入大海.此过程中,空间站原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被残片带走外,还有一部分能量E′通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)

(1)试导出用以下各物理量的符号表示散失能量E′的公式;

坠落开始时空间站的质量M1.17×105kg

轨道离地面的高度h146km;地球半径为R6.4×106m

坠落空间范围内重力加速度可看作g10m/s2

入海残片的质量m1.2×104kg

入海残片的温度升高ΔT300K

入海残片的入海速度为声速v340m/s

空间站材料每1kg升温1K平均所需能量C1.0×103J

每销毁1kg材料平均所需能量m1.0×107J

(2)算出E′的数值(结果保留两位有效数字)

 

答案:
解析:

(1)根据题目所给条件,从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g10m/s2.若以地面为重力势能零点,坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为EpMgh  ①

以v表示空间站在近圆轨道上的速度,由引力提供向心力,由牛顿定律得

MgM  ②

由②式可得空间站在近圆轨道上的动能为EkMg(Rh)  ③

由①③式得,在近圆轨道上空间站的机械能EMg(h)  ④

在坠落过程中,用于一部分销毁所需的能量为Q(Mm)m  ⑤

用于残片升温所需的能量QcmΔT  ⑥

残片入海时的动能为Emv2  ⑦

E′表示其他方式散失的能量,则由能量守恒

EQEQE′  ⑧

将④⑤⑥⑦式代入⑧式整理得

EMg(Rh)(Mm)mmv2cmΔT.  ⑩

(2)将题目所给的数据代入⑩式解得E2.9×1012J.

 


提示:


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