题目
航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器.航天飞机降落在平直跑道上,其减速过程可简化为两个匀减速直线运动阶段.航天飞机以水平速度v_(0)着陆后立即打开减速阻力伞(如图),加速度大小为a_(1),运动一段时间后速度减为v;随后在无减速阻力伞情况下匀减速运动直至停下.已知两个匀减速滑行过程的总时间为t,求:,,-|||-"(1)第二个匀减速运动阶段航天飞机减速的加速度大小a_(2);(2)航天飞机着陆后滑行的总路程x.
航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器.航天飞机降落在平直跑道上,其减速过程可简化为两个匀减速直线运动阶段.航天飞机以水平速度$v_{0}$着陆后立即打开减速阻力伞(如图),加速度大小为$a_{1}$,运动一段时间后速度减为$v$;随后在无减速阻力伞情况下匀减速运动直至停下.已知两个匀减速滑行过程的总时间为$t$,求:
(1)第二个匀减速运动阶段航天飞机减速的加速度大小$a_{2}$;
(2)航天飞机着陆后滑行的总路程$x$.
题目解答
答案
(1)$\dfrac{a_{1}v}{a_{1}t-v_{0}+v}$
(2)$\dfrac{va_{1}t-vv_{0}+v^{2}_{0}}{2a_{1}}$
解析
步骤 1:确定第一个匀减速运动阶段的运动时间
航天飞机以水平速度$v_{0}$着陆后立即打开减速阻力伞,加速度大小为$a_{1}$,运动一段时间后速度减为$v$。根据匀减速直线运动的公式,可以得到第一个匀减速运动阶段的运动时间$t_{1}$:
$$t_{1} = \frac{v_{0} - v}{a_{1}}$$
步骤 2:确定第二个匀减速运动阶段的运动时间
航天飞机在无减速阻力伞情况下匀减速运动直至停下,加速度大小为$a_{2}$。根据匀减速直线运动的公式,可以得到第二个匀减速运动阶段的运动时间$t_{2}$:
$$t_{2} = \frac{v}{a_{2}}$$
由于两个匀减速滑行过程的总时间为$t$,所以有:
$$t = t_{1} + t_{2}$$
将$t_{1}$和$t_{2}$的表达式代入上式,得到:
$$t = \frac{v_{0} - v}{a_{1}} + \frac{v}{a_{2}}$$
解这个方程,可以得到第二个匀减速运动阶段航天飞机减速的加速度大小$a_{2}$:
$$a_{2} = \frac{a_{1}v}{a_{1}t - v_{0} + v}$$
步骤 3:确定航天飞机着陆后滑行的总路程$x$
航天飞机着陆后滑行的总路程$x$等于两个匀减速运动阶段的路程之和。根据匀减速直线运动的公式,可以得到第一个匀减速运动阶段的路程$x_{1}$:
$$x_{1} = \frac{v_{0}^{2} - v^{2}}{2a_{1}}$$
第二个匀减速运动阶段的路程$x_{2}$:
$$x_{2} = \frac{v^{2}}{2a_{2}}$$
将$a_{2}$的表达式代入上式,得到:
$$x_{2} = \frac{v^{2}}{2\frac{a_{1}v}{a_{1}t - v_{0} + v}} = \frac{v(a_{1}t - v_{0} + v)}{2a_{1}}$$
所以,航天飞机着陆后滑行的总路程$x$为:
$$x = x_{1} + x_{2} = \frac{v_{0}^{2} - v^{2}}{2a_{1}} + \frac{v(a_{1}t - v_{0} + v)}{2a_{1}}$$
化简得到:
$$x = \frac{va_{1}t - vv_{0} + v_{0}^{2}}{2a_{1}}$$
航天飞机以水平速度$v_{0}$着陆后立即打开减速阻力伞,加速度大小为$a_{1}$,运动一段时间后速度减为$v$。根据匀减速直线运动的公式,可以得到第一个匀减速运动阶段的运动时间$t_{1}$:
$$t_{1} = \frac{v_{0} - v}{a_{1}}$$
步骤 2:确定第二个匀减速运动阶段的运动时间
航天飞机在无减速阻力伞情况下匀减速运动直至停下,加速度大小为$a_{2}$。根据匀减速直线运动的公式,可以得到第二个匀减速运动阶段的运动时间$t_{2}$:
$$t_{2} = \frac{v}{a_{2}}$$
由于两个匀减速滑行过程的总时间为$t$,所以有:
$$t = t_{1} + t_{2}$$
将$t_{1}$和$t_{2}$的表达式代入上式,得到:
$$t = \frac{v_{0} - v}{a_{1}} + \frac{v}{a_{2}}$$
解这个方程,可以得到第二个匀减速运动阶段航天飞机减速的加速度大小$a_{2}$:
$$a_{2} = \frac{a_{1}v}{a_{1}t - v_{0} + v}$$
步骤 3:确定航天飞机着陆后滑行的总路程$x$
航天飞机着陆后滑行的总路程$x$等于两个匀减速运动阶段的路程之和。根据匀减速直线运动的公式,可以得到第一个匀减速运动阶段的路程$x_{1}$:
$$x_{1} = \frac{v_{0}^{2} - v^{2}}{2a_{1}}$$
第二个匀减速运动阶段的路程$x_{2}$:
$$x_{2} = \frac{v^{2}}{2a_{2}}$$
将$a_{2}$的表达式代入上式,得到:
$$x_{2} = \frac{v^{2}}{2\frac{a_{1}v}{a_{1}t - v_{0} + v}} = \frac{v(a_{1}t - v_{0} + v)}{2a_{1}}$$
所以,航天飞机着陆后滑行的总路程$x$为:
$$x = x_{1} + x_{2} = \frac{v_{0}^{2} - v^{2}}{2a_{1}} + \frac{v(a_{1}t - v_{0} + v)}{2a_{1}}$$
化简得到:
$$x = \frac{va_{1}t - vv_{0} + v_{0}^{2}}{2a_{1}}$$