自轉空間站,模擬1g重力,一圈24小時,求半徑

問題1:半徑爲5000米環狀空間站,爲使其產生相當於地球1g的重力加速度,求空間站的轉轉週期是多少?
爲解決這個問題,我們先來複習一下牛頓三大運動定律:


牛頓第一運動定律:
一個物體在沒有受到外力作用下,保持勻速直線運動不變。

牛頓第二運動定律:
物體做加速運動時所需要的力F與物體質量m成正比、與其加速度a成正比。表達式爲:
F=ma 
單位: F 牛頓、m千克、a 米/秒²

牛頓第三運動定律:
作用於物體的作用力與反作用力大小相等,方向相反,且在一條直線上。


做圓周運動的向心加速度a爲:

王旭.png

(圓周運動的線速度V等於圓的周長除以週期T)
所以做圓周運動的向心加速度a化簡爲:

王旭.png

根據牛頓第三運動定律:

物體受到的離心力=飛船旋轉所產生的向心力,就是:
ma1=ma2
其中a1就是我們希望的地球重力加速度g
a2是飛船旋轉做運動所產生的向心力
所以:

王旭.png

其中:
R爲飛船半徑5000米
g爲地球重力加速度,爲9.8米/秒²
線速度V可以通過公式V=2πR/T 求得。

問題2:空間站模擬重力加速度1g,自轉一週24小時,求空間站半徑:

王旭.png

與之對比,太陽的半徑爲696300公里。

好傢伙,該空間站半徑是太陽半徑的2倍多。

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