题目内容

4.飞机俯冲拉起时,飞行员处于超重状态,即飞行员对座位的压力大于他所受的重力,这种现象也叫过荷.过荷会造成飞行员大脑缺血,四肢沉重.过荷过大时,飞行员还会暂时失明,甚至晕厥.飞行员可以通过加强训练来提高自己的抗荷能力.如图所示是训练飞行员用的一种离心试验器,当试验器转动时,被训练人员根据测试要求,在试验舱内内可取坐、卧等不同姿势,一测试离心作用对飞行员产生的影响.离心试验器转动时,被测试者做匀速圆周运动.现观察到图中的直线AB(即垂直于座位的直线)与水平杆成30°角,被测试者到转动轴轴线的距离为R,那么:

(1)被测试者对座位的压力是他所受重力的多少倍?
(2)向心加速度多大?
(3)试验器的转速n是多大?

分析 (1)被测验者做匀速圆周运动,合外力提供向心力,对被测验者进行受力分析,根据竖直方向合外力为零列式即可求解.
(2)根据牛顿第二定律求解;
(3)根据向心加速度公式求解.

解答 解:(1)被测验者做匀速圆周运动,合外力提供向心力,被测验者受到重力和座椅支持力,其竖直方向合力为零,则有:
FNsin30°=mg
可得 FN=2mg
由牛顿第三定律得,人对座位的压力为:F′N=2mg
(2)根据牛顿第二定律得:$\frac{mg}{tan30°}=ma$
解得:a=$10\sqrt{3}m/{s}^{2}$
(3)根据a=(2πn)2R
解得:n=$\sqrt{\frac{10\sqrt{3}}{4{π}^{2}R}}$
答:(1)被测试者对座位的压力是他所受重力的2倍;
(2)向心加速度为$10\sqrt{3}m/{s}^{2}$
(3)试验器的转速n为$\sqrt{\frac{10\sqrt{3}}{4{π}^{2}R}}$.

点评 本题要要求同学们知道被测验者做匀速圆周运动,合外力提供向心力,而向心力方向是水平的,竖直方向合力为零.

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