题目内容

【题目】—艘质量为1t的帆船在风速为10m/s的风力推动下,以4m/s的速度在湖面上做匀速直线运动,该帆船的帆面正对风的有效面积为12m2。若风对帆面的压强等于空气的密度跟风速的二次方乘积的一半,即p=,空气的密度为1.2kg/m3,g取10 N/kg,求:

(1)帆船受到的浮力;

(2)5s内吹过帆面的空气质量;

(3)风对帆船做功的功率。

【答案】(1)1×104N;(2)432kg;(3)1036.8W

【解析】

(1).帆船是漂浮在水面上的,根据漂浮条件,帆船受到的浮力等于帆船的重力:

F浮=G=mg=1000kg×10N/kg=1×104N;

(2).风在5s内吹过的路程为:

s风=v风t=10m/s×5s=50m,

帆船在5s内走过的路程为:

s船=v船t=4m/s×5s=20m,

则风相对于船吹过的路程为:

l=s风-s船=50m-20m=30m,

帆面正对风的有效面积为S=12m2,则,风在5s内吹过帆面的体积为:

V=Sl=12m2×30m=360m3,

5s内吹过帆面的空气质量为:

m=ρV=1.2kg/m3×360m3=432kg;

(3).风相对于船的速度为:

v= v风-v船=10m/s-4m/s=6m/s,

则风对帆面的压强为:

p===21.6Pa,

风对帆面的压力(推力)为:

F= pS=21.6Pa×12m2=259.2N,

风对帆船做功的功率为:

P=Fv船=259.2N×4m/s=1036.8W。

答:(1).帆船受到的浮力为1×104N;

(2).5s内吹过帆面的空气质量为432kg;

(3).风对帆船做功的功率为1036.8W。

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