Question

为了减少战斗机起飞时在甲板上加速的时间和距离，现代航母大多采用了蒸汽弹射技术．一架总质量M=5.0x10³kg的战机如果采用滑行加速（只依靠自身动力系统加速），要达到v_o=60m/s的起飞速度，甲板水平跑道的长度至少为120m．采用蒸汽弹射技术，战机在自身动力和持续的蒸汽动力共同作用下只要水平加速60m就能达到起飞速度．假设战机起飞过程是匀加速直线运动，航母保持静止，空气阻力大小不变，取g=l0m/s²．
（1）采用蒸汽弹射技术，求战机加速过程中加速度大小以及质量m=60kg的飞行员受到座椅作用力的大小．
（2）采用蒸汽弹射技术，弹射系统的弹力为多大？弹力在加速60m的过程中对战机做的功是多少？

Answer

（1）对人受力分析，由牛顿第二定律分别在水平和竖直方向上列方程即可求得飞行员受到座椅作用力的大小；
（2）对战机受力分析，根据牛顿第二定律可以求得弹射系统的弹力的大小，由功的公式可以求得弹射系统做的功的大小．
【解析】
（1）设战机在自身动力和蒸汽动力共同作用下滑行的加速度为a，
则由 V2=2as
解得 a=30m/s2 ，
飞行员受到座椅水平方向的作用力  Fx=ma=1.8×103 N，
飞行员受到座椅竖直方向的作用力  Fy=mg=6.0×102 N，
飞行员受到座椅作用力大小为 F==600N=1.9×103 N，
（2）设战机只依靠自身动力作用滑行的加速度为a1，空气阻力位f，自身动力的大小为F1，弹射系统的弹力的大小为F2，
则 V2=2a1s
  F1-f=Ma1
  F1+F2-f=Ma
带入数据解得 F2=7.5×104N，
所以弹力的大小为7.5×104N，
弹射系统的弹力对战机做的功为 W=F2s=4.5×106J．