题目内容

【题目】风洞实验室中可以产生方向水平,速度大小可调节的风,用来研究处在流动气体中物体的受力情况。如图,现将一轻绳牵引下的氢气球放在风洞中,氢气球重为2N。当无风时,轻绳竖直,此时轻绳的拉力T=10N。当有水平方向风吹来,气球受到水平风力F=kv(k为一常数,v为风速),当风速v1=3m/s时,轻绳与水平方向的夹角为53°.(sin53°=0.8,cos53°=0.6,设空气对氢气球的浮力不变).求:

(1)k值为多少?

(2)若绳子的最大拉力为20N,为使轻绳不断,则风速不能超过多少?

【答案】(1)2.5N·s/m (2)

【解析】

无风时气球在竖直方向受重力、绳子拉力和浮力F浮-mg-F=0

解得:F浮=12N

当v1=3m/s时,对气球受力分析,由平衡条件:

联立解得:2.5N·s/m

(2)设绳的拉力达到最大值时,绳与水平的夹角为θ

对气球的平衡有:

联立解得:

故风速不超过.

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