神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆形轨道.已知地球半径为R,地面处的重力加速度为g.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的

问题描述:

神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆形轨道.已知地球半径为R,地面处的重力加速度为g.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式(用h、R、g表示).

设地球质量为M,飞船质量为m,速度为v,地球的半径为R,神舟五号飞船圆轨道的半径为r,飞船轨道距地面的高度为h,则据题意有:
r=R+h
因为在地面重力和万有引力相等,则有
g=

GM
R2
即:GM=gR2
飞船在轨道上飞行时,万有引力提供向心力有:G
Mm
r2
=m
4π2
T2
r

得:T=
r3
GM
=
(R+h)3
GM
=
(R+h)3
R2g

答:飞船在上述圆轨道上运行的周期T为
(R+h)3
R2g