两球形雨滴,半径分别为r1、r2,在空气中下降,下落中受到的空气阻力跟其截面积S成正比,跟下降速度v成反比。即:f=kSv2(其中k为常数),求两雨滴下降的最大速度之比v1:v2是多少?
解析:设水雨的密度为ρ,则
水滴的体积:V=(4/3)πr3
水的滴的质量:m=ρV= (4/3) ρπr3
重力:G=mg= (4/3) ρgπr3
横截面积:S=πr2
当速度最大时,水滴受到阻力和其重力为平衡力,故大小相等,即:f=G 也即
kSv2=(4/3) ρπr3
kπr2v2=(4/3) ρπr3
v2=[4/(3k)]ρr
故:v12/v22={[4/(3k)]ρr1}/{[4/(3k)]ρr2}=r1/r2
v1/v2=√r1/r2(“√”为根号)
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