一艘帆船在静水中由于风力的推动做匀速直线运动,帆面的面积为s=10平方米,风速为v1=10米每秒,船速为v2=4米每秒,空气密度为ρ=1.29千克每立方米,帆船在匀速前进时受到的平均风力大小为多少?一种解法是:F△t=ρ*s*(v1-v2)*△t*(v1-v2)另一种解法是:F△t=ρ*s*v1*△t*(v1-v2)还有一种观点是:F△t=ρ*s*(v1-v2)*△t*2*(v1-v2)请专家定夺!
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产生以上三种答案的主要原因是:对于风吹到帆面后运动状态的判定.第一种解法的思维是基于风吹到帆后其速与帆同步----△t时间质量为M(=ρ*s*(v1-v2)*△t),风的速度减少量为(v1-v2),其动量减少量为二者积=ρ*s*(v1-v2)*△t*(v1-v2)=-f△t=F△t第二种解法的思维是基于风吹到帆后其速为0——这时风的速度减少量为v1第三种解法的思维是基于把风想象为无数个质量很小单元,当吹到帆(帆速为v2)其速变为-(v1-2v2)——根据动量守恒定律,方向向后,这时风的速度减少量为v1-(-(v1-2v2))=2*(v1-v2)。而实际情况更接近的是第一种,当风吹到帆后大部分是向侧面吹去,其水平速度接近船速。
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产生以上三种答案的主要原因是:对于风吹到帆面后运动状态的判定.第一种解法的思维是基于风吹到帆后其速与帆同步----△t时间质量为M(=ρ*s*(v1-v2)*△t),风的速度减少量为(v1-v2),其动量减少量为二者积=ρ*s*(v1-v2)*△t*(v1-v2)=-f△t=F△t第二种解法的思维是基于风吹到帆后其速为0——这时风的速度减少量为v1第三种解法的思维是基于把风想象为无数个质量很小单元,当吹到帆(帆速为v2)其速变为-(v1-2v2)——根据动量守恒定律,方向向后,这时风的速度减少量为v1-(-(v1-2v2))=2*(v1-v2)。而实际情况更接近的是第一种,当风吹到帆后大部分是向侧面吹去,其水平速度接近船速。
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ρ*s*(v1-v2)*△t=M是△t时间内吹到帆面上的空气的平均质量。而平均风力大小=F△t=M*v1=ρ*s*v1*△t*(v1-v2)即第二种表示正确。补充:平均风力大小应该只与风自身要素有关,不会随船速大小而改变。