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有同学通过QQ询问下面的物理题,我们请实验中学的燕全营老师来回答。
问:质量为60千克的宇航员,他在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上绕地球运行时,他所受地球吸引力是147牛,这时他对卫星中的座椅的压力为 牛。(g=9.8m/s2)
答案为0牛,为什么?除匀速圆周运动为0牛外,其他情况如何判断为0牛?
答:第一步,明确所求,确定研究对象:
题中所求,为宇航员对卫星中的座椅的压力,但座椅的受力比较复杂,因此我们将研究对象转换为宇航员,求出座椅对宇航员的支持力,再根据牛顿第三定律作答。
第二步,分析运动,确定状态:
宇航员在圆形轨道上绕地球运行,宇航员是随宇宙飞船一起运动,而宇宙飞船在圆形轨道上运行,其仅受万有引力作用,当G->ma向时,飞船要做近心运动;当G- 第三步,受力分析,列出方程: 宇航员最多受到两个力作用:一是所受地球吸引力,F引=G-,G-=mg代入得,F引=-mg=147N;二是座椅对宇航员的支持力,大小待求。宇航员做匀速圆周运动时,合外力恰好完全提供向心力,据牛顿第二定律列方程,有G--N=ma向。 第四步,求解,作答: 宇航员是随宇宙飞船一起运动,宇航员的加速度与宇宙飞船相同,a向=G-,代入方程得N=0,据牛顿第三定律知,宇航员对卫星中的座椅的压力为零。 说明:答案为0牛,详见“答”。 对于“除匀速圆周运动为0牛外,其他情况如何判断为0牛”,请参考第二步,题中关于圆形轨道的条件,就是明确本题宇航员的运动只能是匀速圆周运动。假设我们要研究除匀速圆周运动以外的其他情况,答案就不一定是0牛了,这已超出高中物理的教学要求(涉及曲率半径的计算),在这里我们就不做更多分析了。