跳伞运动员做低空跳伞表演,当飞机离地面224m水平飞行时,运动员离开飞机在竖直方向做自由落体运动。运动一段时间后,打开降落伞,展伞后运动员以12.5m/s2的平均加速度匀减速下降。为了运动员的安全,要求运动员落地速度最大不得超过5.0m/s,取g=10m/s2。求:
(1)运动员展伞时,离地面的高度至少为多少?
(2)着地时相当于从多高处自由落下。
(3)运动员在空中的最短时间。
解析:
(1)下落过程分为两段:第一段自由下落,设下落高度h1,末速度为
。
第二段展伞后运动员匀减速运动高度h2,结束时速度为v2=5m/s,为使运动员展伞时有最低高度,则减速结束是刚好落地,h2=224m-h,由运动学公式
。解得h1=125m,运动员展伞时,离地面的高度至少为h2=99m。
(2)设着地时相当于从高H处自由落下,则
,H=1.25m。
(3)设自由下落时间为t1,则
,设减速时间为t2,则
,运动员在空中的最短时间
。
说明:注意下落两个阶段加速和减速的速度、位移关系。