Question

為了實(shí)驗(yàn)“神舟六號(hào)”飛船安全著陸，在飛船距離地面約1m時(shí)（即將著陸前的瞬間），安裝在返回艙底部的四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火工作，使返回艙的速度由8m/s降至2m/s．設(shè)返回艙質(zhì)量為3.5×10³kg，減速時(shí)間為0.2s．設(shè)上述減速過(guò)程為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，試回答和計(jì)算下列問(wèn)題：（g取10m/s²）
（1）在返回艙減速下降過(guò)程中，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？計(jì)算在減速時(shí)間內(nèi)，航天員承受的載荷值（即航天員所受的支持力與自身重力的比值）；
（2）計(jì)算在減速過(guò)程中，返回艙受到四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的大小．

Answer 1

分析：返回艙返回時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，返回艙做減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，因此返回艙處于超重狀態(tài)，已知減速前后返回艙的速度和減速時(shí)間，可以求出返回艙減速時(shí)的加速度，故可得航天員的載荷值；根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以求得發(fā)動(dòng)機(jī)的推力大�。�

解答：解：
（1）因?yàn)楹教靻T和返回艙一起做向下的減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，故此時(shí)航天員處于超重狀態(tài)
已知，在減速前返回艙的速度v₁=8m/s，減速后返回艙的速度v₂=2m/s，減速時(shí)間t=0.2s
所以返回艙減速時(shí)的加速度a=

v2-v1

t

=-30m/s2負(fù)號(hào)表示方向與初速度方向相反，即向上．
對(duì)航天員進(jìn)行受力分析，航天員受到座椅向上的支持力N和向下的重力mg，合力使航天員產(chǎn)生加速度，所以根據(jù)牛頓第二定律有：
N-mg=ma
所以N=m（g+a）
所以航天員的載荷值：

N

mg

=

g+a

g

=4
（2）設(shè)返回艙受到的推力為F，由（1）問(wèn)可知返回艙在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后的加速度a=30m/s²，方向向上
根據(jù)牛頓第二定律有：F-Mg=Ma
∴F=M（g+a）=3.5×10³×10×（10+30）N=1.4×10⁵N
答：（1）航天員處于超得狀態(tài)，航天員承受的載荷值為：4；
（2）返回艙4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為1.4×10⁵N

點(diǎn)評(píng)：正確掌握判斷超重還是失重的條件是看物體的加速度，而不是憑感覺(jué)，即發(fā)般航天器時(shí)是超重，返回時(shí)應(yīng)該是失重的錯(cuò)誤思維；根據(jù)牛頓第二定律求解載荷值和求解發(fā)動(dòng)機(jī)的推力．