为训练宇航员能在失重状态下工作和生活,需要创造一种失重的环境

为训练宇航员能在失重状态下工作和生活,需要创造一种失重的环境。在地球表面附近,当飞机模拟某些在重力作用下的运动时,就可以在飞机座舱内实现短时间的完全失重状态。现要求一架飞机在速率为v1=500m/s时进入失重状态试验,在速率为v2=1000m/s时退出失重状态试验。重力加速度g=10m/s2。试问:

在上述给定的速率要求下,该飞机需要模拟何种运动,方可在一定范围内任意选择失重时间的长短?试定量讨论影响失重时间长短的因素

答案

斜抛运动  


解析:

当飞机模拟无阻力作用下的斜抛运动时,失重时间的长短与抛射角有关,可在一定范围内进行选择。   (2分)

考察飞机模拟无阻力作用下的斜抛运动。设开始试验时飞机的初速度的大小为v1,方向与水平方向成θ角,起始位置为A点,经做抛物线运动在B点退出试验,如图所示。以t表示试验经历的时间,在退出试验时的速率为v2,则有v2x=v1cosθ       (1)

v2y=v1sinθ??gt  (2)

   (3)

由(1)、(2)、(3)式得      (4)

解(4)式得           (5)

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