Question

18．2016年11月18日，我國“神舟11號”載人飛船返回艙在返回途中遭遇地球大氣側斜氣流施加的力F干擾，但航天員通過返回艙內備用的噴氣發動機進行精準調控，最終化險為夷，使返回艙豎直下落．其情景可簡化成如圖甲所示，當返回艙遇險時受4個力：重力G、浮力F₁、空氣阻力f和側斜氣流力F，其中G=4000N，F=200N，α=60^°．問：
（1）為了使返回艙豎直下落，要對飛船施加第五個力F₅進行姿勢矯正，這個力F₅至少到大，方向如何？
（2）矯正完成后從某時刻開始計時，返回艙的運動v-t圖象如圖乙中的AD曲線所示，圖中AB是曲線在A點的切線，切線交于橫軸一點B，其坐標為（8，0）．在初始時刻v=160m/s時它的加速度是多大？
（3）如乙圖，當返回艙沿豎直方向下降120s到達離地面3km時風平浪靜，不需要再進行矯正了，終于在第756s時徐徐豎直落地．則返回艙在第689s時除重力之外的其它力的合力是多大？

Answer 1

分析 （1）根據水平方向上平衡得出F₅的最小值和方向．
（2）根據速度時間圖線的切線斜率求出瞬時加速度．
（3）根據返回艙處于平衡得出除重力之外的其它力的合力．

解答 解：（1）為了使水平方向的合力為零，當F₅水平向左時，F₅最小．
${F}_{5}=Fsinα=200×\frac{\sqrt{3}}{2}N=100\sqrt{3}N$．方向水平向左．
（2）速度時間圖線的切線斜率表示瞬時加速度，則加速度為：a=$\frac{△v}{△t}$=$\frac{0-160}{8}m/{s}^{2}=-20m/{s}^{2}$．
（3）返回艙徐徐落地，可知返回艙處于平衡，有：F_它合=G，
解得：F_他合=4000N．
答：（1）這個力F₅至少$100\sqrt{3}N$，方向水平向左．
（2）在初始時刻v=160m/s時它的加速度是-20m/s²．
（3）返回艙在第689s時除重力之外的其它力的合力是4000N．

點評 本題考查了力的合成與分解、速度時間圖線的基本運用，知道圖線切線斜率表示瞬時加速度，基礎題．