为了使航天员能适应在失重环境下的工作和生活,国家航天局组织对航天员进行失重训练.故需要创造一种失重环境;航天员乘坐到民航客机上后,训练客机总重5×104kg,以200m/s速度沿30°倾角爬升到7000米高空后飞机向上拉起,沿竖直方向以200m/s 的初速度向上作匀减速直线运动,匀减速的加速度为g,当飞机到最高点后立即掉头向下,仍沿竖直方向以加速度为g加速运动,在前段时间内创造出完全失重,当飞机离地2000米高时为了安全必须拉起,后又可一次次重复为航天员失重训练.若飞机飞行时所受的空气阻力f=Kv(k=900N•s/m),每次飞机速度达到350m/s 后必须终止失重训练(否则飞机可能失速).求:(1)飞机一次上下运动为航天员创造的完全失重的时间.(2)飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力(整个运动空间重力加速度不变).

问题描述:

为了使航天员能适应在失重环境下的工作和生活,国家航天局组织对航天员进行失重训练.故需要创造一种失重环境;航天员乘坐到民航客机上后,训练客机总重5×104kg,以200m/s速度沿30°倾角爬升到7000米高空后飞机向上拉起,沿竖直方向以200m/s 的初速度向上作匀减速直线运动,匀减速的加速度为g,当飞机到最高点后立即掉头向下,仍沿竖直方向以加速度为g加速运动,在前段时间内创造出完全失重,当飞机离地2000米高时为了安全必须拉起,后又可一次次重复为航天员失重训练.若飞机飞行时所受的空气阻力f=Kv(k=900N•s/m),每次飞机速度达到350m/s 后必须终止失重训练(否则飞机可能失速).
求:(1)飞机一次上下运动为航天员创造的完全失重的时间.
(2)飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力(整个运动空间重力加速度不变).

(1)上升时间t

v0
g
=20s    上升高度h
v
2
0
2g
=2000m

判断当速度达到350m/s时,下落高度h
v
2
1
2g
=6125m

此时离地高度为h+h-h=7000+2000-6125=2875>2000m,t
v1
g
=35s

所以一次上下创造的完全失重的时间为55s.
(2)当飞机在离地4500m>2875m,所以飞机仍在完全失重状态,飞机*下落的高度h2=2000+7000-4500m,此时,v2
2gh2
=300m/s

推力F=f=kv2=900×300=2.7×105N
即飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力为2.7×105N.
答案解析:(1)飞机先以加速度g减速上升,再以加速度g加速下降,达到350m/s时,结束训练周期,根据运动学公式列式计算即可;
(2)飞机下降离地4500米时,飞机处于完全失重状态,根据牛顿第二定律列式求解.
考试点:牛顿第二定律;竖直上抛运动;超重和失重.

知识点:本题关键是分析清楚飞机的运动情况,然后对其运用运动学公式列式计算,最后再结合牛顿第二定律列式计算.