如圖所示,“神舟十二號”載人飛船的返回艙在距地面某一高度時,啟動減速降落傘裝置開始做減速運動。當返回艙的速度大約減小至v=10m/s時,繼續(xù)勻速(近似)下降。當以這個速度一直降落到距離地面h=1.1m時,立刻啟動返回艙的緩沖發(fā)動機并向下噴氣,艙體再次做減速運動,經(jīng)歷時間t=0.2s后,以某一安全的速度落至地面。
(1)若最后的減速過程可視為豎直方向的勻減速直線運動,重力加速度g=10m/s2。求:
a.這一過程中返回艙加速度a的大小和方向;
b.這一過程中返回艙對質(zhì)量m=60kg的航天員的作用力F的大小。
(2)事實上,空氣阻力不僅跟物體相對于空氣的速度有關(guān),還跟物體的橫截面積有關(guān)。實驗發(fā)現(xiàn):在一定條件下,降落傘在下落過程中受到的空氣阻力f與傘的橫截面積S成正比,與其下落速度v的平方成正比,即f=kSv2(其中k為一確定的比例系數(shù))。假設(shè)返回艙質(zhì)量為M,重力加速度為g。
a.請在圖中定性畫出返回艙在打開降落傘以后至啟動緩沖發(fā)動機之前速度與時間的關(guān)系圖像;
b.為了保證安全可適當減小返回艙做勻速(近似)下降階段時的速度,請根據(jù)以上信息推導返回艙做勻速(近似)下降階段時速度的表達式并分析說明可以通過改變哪些設(shè)計(量)來實現(xiàn)。(提出一種可行的方案即可)
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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