8.6
船舶上的安全检查使用一个重的测试质量块。将该质量块提升后释放,以研究空气阻力对运动的影响。一旦释放,质量块从静止开始在空气中下落。
重力将其向下拉,而空气则对其运动产生向上的阻力。根据牛顿第二定律,速度的变化取决于合力。
结合这些力可得到一个将加速度与速度关联起来的微分方程。将该方程除以质量后可得到更简洁的形式。
将阻力常数与质量的比值定义为常数 b,可使微分方程更易于分离变量。
对公式进行积分并重写以求得速度关于时间的函数,可得到一个指数方程。利用初始速度为零的条件,可确定解中的剩余常数。
随着时间增加,速度趋近于一个被称为终端速度的恒定值。当重量为10千克、阻力常数为2牛·秒/米时,该模型预测的终端速度为49米/秒。
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