Земная невесомость — режим тренировки

Режим тренировки Edu

Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.

Для создания «кратковременной невесомости» в земных условиях (например, для тренировки космонавтов) можно использовать богатые возможности современной науки и техники: от лифта до самолёта (Рис. 1). Рассмотрим некоторые из них.

Силой сопротивлением воздуха в первой части данной задачи можно пренебречь. Ускорение свободного падения $м с$ .

Решено

1.1 В каком направлении, и с каким ускорением необходимо двигать лифт, чтобы его пассажиры испытали кратковременную невесомость?

Для создания «кратковременной невесомости» при тренировках космонавтов в земных условиях используются полёты авиации по некоторой траектории с «приглушенными» двигателями.

1.1 Вес тела – сила, с которой тело действует на опору или растягивает подвес. В отличие от силы тяжести, вес, приложенный к опоре или подвесу, зависит от состояния движения опоры или подвеса.

Рассмотрим (для определенности) брусок на горизонтальной поверхности (Рис. 1),

которая может двигаться вверх или вниз с различными скоростями и ускорениями.

При равномерном движении опоры в любом направлении вес тела не изменится, поскольку эта система отсчета инерциальная (ИСО).

Если же опора будет иметь ускорение, направленное, например, вверх (см. Рис. 1), то вес тела увеличится (следует из второго закона Ньютона)

Заметим, что (1) никак не зависит от направления скорости – тело может двигаться как вверх, так и вниз, важно направление именно ускорения. Таким образом, при направлении ускорения лифта «вверх» получить состояние невесомости () никак не получится.

При направлении ускорения лифта «вниз» ситуация меняется

Следовательно, при движении лифта вниз с ускорением будет наступать состояние невесомости

Как следует из (3) лифт может двигать в любом направлении (опускаться, ускоряясь или подниматься, замедляясь), но с ускорением , направленным вниз. При этом его пассажиры испытают кратковременную невесомость. Простейший вариант – свободное падение на небольшом промежутке времени (не более нескольких секунд!).

Решено

1.2 Покажите, что эта траектория является параболой.

Пусть самолёт, находясь в точке , и имея скорость $км ч$ , направленную под углом к горизонту, «выключает» двигатели и переходит на параболическую траекторию (см. Рис. 2).

Решено

1.3 Найдите промежуток времени $н$ , в течение которого пассажиры (и экипаж!) будут испытывать невесомость.

Решено

1.4 Определите скорость самолёта в верхней точке траектории (см. Рис. 2).

Решено

1.5 Вычислите максимальную высоту и дальность полёта самолёта по горизонтали (см. Рис. 2).

Решено

1.6 В точке траектории пилоты переводят машину на «симметричную» параболу (см. Рис. 2), ветви которой направлены вверх. Чему равна перегрузка пассажиров в нижней точке траектории, где — модуль ускорения самолёта в точке ?

Решено

2.1 Найдите зависимость мощности двигателя от времени на участке траектории.

Решено

2.2 При движении вблизи точки пересечения верхней и нижней парабол (т.е. практически «по прямой») пассажиры испытывают резкий толчок.
С чем, по вашему мнению, связано данное явление?

← Решение

Режим тренировки Edu

Похожие задачи