Question

2003年10月15日，我國成功發射了第一艘載人宇宙飛船“神舟五號”．火箭全長58.3m，起飛重量479.8t，火箭點火升空，飛船進入預定軌道．“神舟五號”環繞地球飛行14圈約用時間21h．飛船點火豎直升空的過程中，儀器顯示他對座艙的最大壓力等于他體重的5倍．飛船進入軌道后，楊利偉還多次在艙內漂浮起來．假設飛船運行的軌道是圓形軌道．（地球半徑R取6.4×10³km，地面重力加速度g取10m/s²，計算結果取兩位有效數字，290～305的立方根均取6.7）
（1）在這一過程中，楊利偉有時“對座艙的最大壓力等于他體重的5倍”，有時又會在艙內“漂浮起來”．試說明這屬于什么物理現象．
（2）估算飛船運行軌道距離地面的高度．

Answer 1

（1）前者為超重現象，后者為失重現象
（2）飛船繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力：
G

Mm

R2

=m

4π2

T2

(R+h)
在地球表面，萬有引力與重力近似相等，得G

Mm

R2

=mg；
又T=1.5h=5.4×10³s；
解得h=3.1×10² km．
答：（1）楊利偉“對座艙的最大壓力等于他體重的5倍”時處于超重狀態，在艙內“漂浮起來”時處于失重狀態．
（2）飛船運行軌道距離地面的高度3.1×10² km．