6.今年入春以來(lái),我國(guó)先后發(fā)生了多次沙塵暴,沙塵暴肆虐我國(guó)華北、華中、華南等地區(qū),還影響到香港、臺(tái)灣地區(qū),甚至涉及了大半個(gè)亞洲.歷史上2007年2月28日,從烏魯木齊駛往阿克蘇的5806次列車遭遇特大沙塵暴,列車從第1節(jié)到第11節(jié)車廂相繼被推翻(如圖).看了這個(gè)報(bào)道后,某研究小組為探究沙塵暴的威力,進(jìn)行了模擬研究.如圖為測(cè)定沙塵暴風(fēng)力的實(shí)驗(yàn)裝置圖,其中AB是一段水平放置的長(zhǎng)為L(zhǎng)的光滑均勻電阻絲,電阻絲的阻值為100歐,一質(zhì)量和電阻都不計(jì)的細(xì)長(zhǎng)金屬絲一端固定于O點(diǎn),另一端懸掛球P,無(wú)風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲豎直,恰與電阻絲在B點(diǎn)接觸,有風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲將偏離豎直方向,細(xì)金屬絲與電阻絲始終保持良好的導(dǎo)電接觸,電源電壓為10V.研究小組的小明同學(xué)對(duì)此裝置分析中,知道金屬球單位面積上所受到的水平風(fēng)力大�。╬)與電壓表的讀數(shù)(U)成正比.他們對(duì)決定金屬球單位面積上所受到的風(fēng)力大小的因素進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)研究:

實(shí)驗(yàn) 1:在含沙量相同條件下,改變風(fēng)速,記錄不同風(fēng)速下電壓表的示數(shù)如表.
實(shí)驗(yàn)2:在風(fēng)速大小相同條件下,改變風(fēng)中空氣的含沙量,記錄不同含沙量時(shí)電壓表的示數(shù).
風(fēng)速v(m/s) | 5 | 10 | 15 | 20 |
電壓表示數(shù)(V) | 0.6 | 2.4 | 5.4 | 9.6 |
(1)無(wú)風(fēng)時(shí),電壓表示數(shù)為多少?電路中的電流時(shí)多少?
(2)為何不在電路中串聯(lián)電流表,將電流表改成風(fēng)力表?
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)1及上表中數(shù)據(jù)可知電壓表示數(shù)與風(fēng)速的關(guān)系;小明對(duì)實(shí)驗(yàn)2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,發(fā)現(xiàn)單位面積上所受到的風(fēng)力(p)與含沙量(ρ)成正比.請(qǐng)你寫出單位面積上所受到的風(fēng)力大小(p)與風(fēng)速(v)和含沙量(ρ)的關(guān)系式.(設(shè)比例系數(shù)為k).
(4)若問(wèn)題3中關(guān)系式的比例系數(shù)k為0.6,請(qǐng)計(jì)算當(dāng)被推翻的車廂高度h為3m,車廂長(zhǎng)度l為25m,車廂質(zhì)量為50t,鐵軌間距d為1.5m,沙塵暴中含沙量為5kg/m
3,當(dāng)時(shí)的風(fēng)速至少為多大?(g=10N/kg,假設(shè)車廂是規(guī)則物體,風(fēng)力集中作用在車廂的重心且與車廂側(cè)面垂直).