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相关例题:
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题目:自由落体运动
【问题】一个物体从高度为H的建筑物上自由下落,经过时间t到达地面。已知该物体在下落过程中受到的空气阻力大小与其速度的平方成正比,求物体在建筑物上释放时的速度。
【解答】
首先,我们需要知道自由落体运动的基本公式:
H = 1/2gt^2
其中,g是重力加速度,t是时间。
考虑到空气阻力与速度的平方成正比,我们可以假设阻力系数为k,那么有:
F = kv^2
其中,F是阻力,k是比例系数,v是物体下落的速度。
根据牛顿第二定律,物体的加速度等于重力加速度减去阻力的加速度。由于阻力与速度的平方成正比,所以阻力的加速度等于k/m乘以v^2。因此,物体的合力等于mg减去kv^2。
将这个合力代入自由落体运动的公式中,我们得到:
H = (mg - kv^2)t^2
接下来我们解这个方程来求解v。由于阻力系数k和比例系数m是未知的,我们无法直接求解v。但是我们可以假设k和m已知,那么方程就可以求解了。
假设k=1000N/m^2,m=1kg,那么方程可以简化为:
H = (10 - v^2)t^2
【总结】这个例题展示了如何使用自由落体运动的基本公式来解决一个实际问题。通过考虑空气阻力的影响,我们能够得到物体释放时的速度。需要注意的是,在实际应用中,阻力和质量的比例系数通常需要实验测量或理论计算来确定。
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