演繹式探究:
由于流體的粘滯性,使得在流體中運動的物體要受到流體阻力f.在一般情況下,半徑為R的小球以速度v運動時,若用η表示流體的粘滯系數,則所受的流體阻力可用公式 f=6πηRv表示.
(1)小球在流體中運動時,速度越大,受到的阻力________.
(2)密度為ρ、體積為V0的小球在密度為ρ0、粘滯系數為η的液體中由靜止自由下落時的v-t圖象如圖所示.小宇查找相關的資料書,獲知球的體積V與半徑R之間的數學關系為V=,請推導出速度vT的數學表達式:vT=________.
解:
(1)由公式f=6πηRv可以看出,小球所受流體的阻力f與小球的速度v成正比例關系,所以,小球速度越大,所受阻力越大.
(2)小球在流體中下落時受重力、浮力和阻力的作用.
小球受到的重力:G=mg=ρVg=πR3ρg;
小球所受浮力:F浮=ρ0Vg=πR3ρ0g;
小球所受流體阻力:f=6πηRv.
由圖象可知,當小球速度達到vr時便勻速下落,處于平衡狀態,此時小球所受合力為零,則G=F浮+f.
即:πR3ρg=πR3ρ0g+6πηRvr.
化簡可得:vr=.
故答案為:(1)越大;(2).
(1)根據公式f=6πηRv,來分析阻力f與速度v的關系.
(2)對小球進行受力分析,它在流體中下落受到重力、浮力和阻力的作用.由圖形分析可知,當小球速度達到vr時便勻速下落,處于平衡狀態,G=F浮+f.將數據代入公式化簡即可.
點評:本題實際上是一道大型的計算題,并且計算公式是課本上沒有接觸到的,題目的難度較大,它考查了學生的自學能力以及對新知識的整合能力、計算能力等各方面的能力.
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