题目内容
“和平号”空间站已于2001年3月23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M=1.17×105kg;
轨道离地面的高度h=146km;地球半径为R=6.4×106m;
坠落空间范围内重力加速度可看作g=10m/s2;
入海残片的质量m=1.2×104kg;
入海残片的温度升高ΔT=300K;
入海残片的入海速度为声速v=340m/s;
空间站材料每1kg升温1K平均所需能量C=1.0×103J;
每销毁1kg材料平均所需能量m=1.0×107J.
(2)算出E′的数值(结果保留两位有效数字).
答案:
解析:
提示:
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g=10m/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Ep=Mgh 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 Mg=M 由②式可得空间站在近圆轨道上的动能为Ek= 由①③式得,在近圆轨道上空间站的机械能E=Mg( 在坠落过程中,用于一部分销毁所需的能量为Q汽=(M-m)m ⑤ 用于残片升温所需的能量Q残=cmΔT ⑥ 残片入海时的动能为E残= 以E′表示其他方式散失的能量,则由能量守恒 E=Q汽+E残+Q残+E′ ⑧ 将④⑤⑥⑦式代入⑧式整理得 E′=Mg( (2)将题目所给的数据代入⑩式解得E′=2.9×1012J.
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提示:
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