火箭载着宇宙探测器飞向某行星,火箭内平台上还放有测试仪器,如图所示.火箭从地面起飞时,以加速度g02竖直向上做匀加速直线运动(g0为地面附近的重力加速度),已知地球半径为R (

火箭载着宇宙探测器飞向某行星,火箭内平台上还放有测试仪器,如图所示.火箭从地面起飞时,以加速度
g0
2
竖直向上做匀加速直线运动(g0为地面附近的重力加速度),已知地球半径为R

(1)升到某一高度时,测试仪器对平台的压力刚好是起飞前压力的
17
18
求此时火箭离地面的高度h;
(2)探测器与箭体分离后,进入行星表面附近的预定轨道,进行一系列科学实验和测量,若测得探测器环绕该行星运动的周期为T0,试问:该行星的平均密度为多少?(假定行星为球体,且已知万有引力常量为G)
物理人气:274 ℃时间:2020-03-26 05:51:47
优质解答
(1)火箭刚起飞前,以测试仪为研究对象,受地球引力mg0、平台的支持力N1,合力为零:
N1-mg0=0
所以N1=mg0
根据牛顿第三定律,在高度h时测试仪器对平台的压力大小为N′=
3
2
mg0

设火箭离地高为h时,平台对测试仪器的支持力为N2,则有:
N2-G
mM
(R+h)2
=m×
g0
2
,其中G为万有引力恒量,M为地球质量.
在地面附近,有:G
Mm
R2
=mg0

则:N2=(
R
R+h
)2mg0+
mg0
2
=
17
18
N1
=
17
18
mg0

解得:h=
1
2
R

(2)设行星质量为M,半径为r,行星平均密度为ρ,G
Mm
r2
=mr
4π2
T2

可得M=
4π2r3
GT2

又有:V=
4
3
πr3

得:平均密度ρ=
M
V
=
G
T20

答:1)升到某一高度时,测试仪器对平台的压力刚好是起飞前压力的
17
18
,此时火箭离地面的高度为
1
2
R

(2)探测器与箭体分离后,进入行星表面附近的预定轨道,进行一系列科学实验和测量,若测得探测器环绕该行星运动的周期为T0,该行星的平均密度为
G
T20
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