Question

【題目】2012年10月，奧地利極限運(yùn)動(dòng)員菲利克斯·鮑姆加特納乘氣球升至約39 km的高空后跳下，經(jīng)過4分20秒到達(dá)距地面約1.5 km高度處，打開降落傘并成功落地，打破了跳傘運(yùn)動(dòng)的多項(xiàng)世界紀(jì)錄．取重力加速度的大小g＝10 m/s2.

(1)若忽略空氣阻力，求該運(yùn)動(dòng)員從靜止開始下落至1.5 km高度處所需的時(shí)間及其在此處速度的大�。�

(2)實(shí)際上，物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到空氣的阻力，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力的大小可近似表示為f＝kv2，其中v為速率，k為阻力系數(shù)，其數(shù)值與物體的形狀、橫截面積及空氣密度有關(guān)．已知該運(yùn)動(dòng)員在某段時(shí)間內(nèi)高速下落的v-t圖象如圖所示．若該運(yùn)動(dòng)員和所帶裝備的總質(zhì)量m＝100 kg，試估算該運(yùn)動(dòng)員在達(dá)到最大速度時(shí)所受阻力的阻力系數(shù)．(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)

Answer 1

【答案】(1)87 s 8.7×102 m/s (2)0.008 kg/m

【解析】(1)設(shè)該運(yùn)動(dòng)員從開始自由下落至1.5 km高度處的時(shí)間為t，下落距離為s，在1.5 km高度處的速度大小為v.根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有

v＝gt ①

s＝gt2 ②

根據(jù)題意有

s＝3.9×104 m－1.5×103 m＝3.75×104 m ③

聯(lián)立①②③式得

t＝87 s ④

v＝8.7×102 m/s ⑤

(2)該運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最大速度vmax時(shí)，加速度為零，根據(jù)牛頓第二定律有

mg＝kv⑥

由所給的v-t圖象可讀出

vmax≈360 m/s⑦

由⑥⑦式得

k＝0.008 kg/m⑧