2003年10月15日,我國成功發(fā)射了第一艘載人宇宙飛船“神舟”五號.火箭全長58.3m,起飛重量479.8t,火箭點(diǎn)火升空,飛船進(jìn)入預(yù)定軌道.“神舟”五號環(huán)繞地球飛行14圈約用時(shí)間21h.飛船點(diǎn)火豎直升空時(shí),航天員楊利偉感覺“超重感比較強(qiáng)”,儀器顯示他對座艙的最大壓力等于他體重的5倍.飛船進(jìn)入軌道后,楊利偉還多次在艙內(nèi)飄浮起來.假設(shè)飛船運(yùn)行的軌道是圓形軌道.(地球半徑R取6. 4×103 km,地面重力加速度g取10m/s2,計(jì)算結(jié)果取二位有效數(shù)字)
(1)求火箭點(diǎn)火發(fā)射時(shí),火箭的最大推力.
(2)估算飛船運(yùn)行軌道距離地面的高度.
(1)火箭點(diǎn)火時(shí),航天員受重力和支持力作用,支持力為N=5mg,
由牛頓第二定律:N-mg=ma,
解得a=4 g.
此加速度即火箭起飛時(shí)的加速度,火箭受到向上的推力F與向下的重力;
由牛頓第二定律:F-Mg=Ma,
解得火箭的最大推力為F=2.4×10
7N.
(2)飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動,
萬有引力提供向心力:
G=m(R+h),
在地球表面,萬有引力與重力近似相等,得
G=mg,
又T=1.5h=5.4×10
3s.
解得h=3.1×10
2 km.
(1)火箭點(diǎn)火發(fā)射時(shí),火箭的最大推力2.4×10
7N.
(2)估算飛船運(yùn)行軌道距離地面的高度3.1×10
2 km.