21.“神舟十一號(hào)”載人飛船的返回艙在距地面某一高度時(shí),啟動(dòng)減速降落傘裝置開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)返回艙的速度大約減小至v=10m/s時(shí),繼續(xù)勻速(近似)地下降。當(dāng)以這個(gè)速度一直降落到距離地面h=1.1m時(shí),立刻啟動(dòng)返回艙的緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)并向下噴氣,艙體再次做減速運(yùn)動(dòng),經(jīng)歷時(shí)間t=0.20s后,以某一安全的速度落至地面。
(1)若最后的減速過(guò)程可視為豎直方向的勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),取重力加速度g=10m/s
2。求:
a.這一過(guò)程中返回艙加速度的方向和加速度的大小a;
b.這一過(guò)程中返回艙對(duì)質(zhì)量m=60kg的航天員的作用力的大小F。
(2)事實(shí)上,空氣阻力不僅跟物體相對(duì)于空氣的速度有關(guān),還跟物體的橫截面積有關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在一定條件下,降落傘在下落過(guò)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=kSv
2(其中k為比例系數(shù))。重力加速度為g。
a.定性描述返回艙在打開(kāi)降落傘以后至啟動(dòng)緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)之前,其速度和加速度的變化情況;
b.通過(guò)計(jì)算分析說(shuō)明:為了減小返回艙做勻速(近似)下降階段時(shí)的速度,可以通過(guò)改變哪些設(shè)計(jì)(量)來(lái)實(shí)現(xiàn)?(提出一種可行的方案即可)