Question

宇航員乘太空穿梭機(jī)，去修理位于離地球表面6.0×10⁵ m的圓形軌道上的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡H，機(jī)組人員使穿梭機(jī)S進(jìn)入與H相同的軌道并關(guān)閉推動(dòng)火箭，而望遠(yuǎn)鏡則在穿梭機(jī)前方數(shù)千米處，如圖4所示，設(shè)G為引力常量，M_E為地球質(zhì)量.（已知地球半徑為6.4×10⁶ m）

（1）在穿梭機(jī)內(nèi)，一質(zhì)量為70 kg的太空人的視重是多少？
（2）①計(jì)算軌道上的重力加速度的值；
②計(jì)算穿梭機(jī)在軌道上的速率和周期;
（3）穿梭機(jī)須首先進(jìn)入半徑較小的軌道，才有較大的角速度追上望遠(yuǎn)鏡，試判斷穿梭機(jī)要進(jìn)入較低軌道時(shí)應(yīng)在原軌道上加速還是減速？說明理由．

Answer 1

（1）視重為零；（2）①8.2 m/s²，②7.6 km/s；（3）要進(jìn)入較低軌道應(yīng)減小其原有速度。

（1）穿梭機(jī)內(nèi)的人處于完全失重狀態(tài)，視重為零。
（2）①由萬(wàn)有引力定律得：
mg′=G，
即g′="8.2" m/s²
②由萬(wàn)有引力定律得：
G= m（）²（R+h）
即T=5.8×10³ s
則得：
v="7.6" km/s，
（3）要進(jìn)入較低軌道應(yīng)減小其原有速度。因?yàn)橄葴p小其原有速度，其所受地球的引力大于其需要的向心力，故穿梭機(jī)做向心運(yùn)動(dòng)從而進(jìn)入半徑較小的軌道，這樣萬(wàn)有引力做正功，從而使穿梭機(jī)獲得較大的角速度，到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，再使其加速而做離心運(yùn)動(dòng)回來原來的軌道，以趕上哈勃太空望遠(yuǎn)鏡H，這樣才能真正“追上”哈勃望遠(yuǎn)鏡。