小球在流体中运动时,它将受到流体阻碍运动的粘滞阻力.实验发现

小球在流体中运动时,它将受到流体阻碍运动的粘滞阻力.实验发现当小球相对流体的速度不太大时,粘滞阻力Fηvr,式中r为小球的半径,v为小球相对流体运动的速度,η为粘滞系数,由液体的种类和温度而定,现将一个半径r1.00 mm的钢球,放入常温下的甘油中,让它下落,已知钢球的密度ρ8.5×103 kg/m3,常温下甘油的密度ρ01.3×103 kg/m3,甘油的粘滞系数η0.80(g10 m/s2)

(1)钢球从静止释放后,在甘油中做什么性质的运动?

(2)当钢球的加速度ag/2时,它的速度多大?

(3)钢球在甘油中下落的最大速度vm是多少?

答案

解析:(1)钢球在甘油中运动过程中,开始时做加速运动,随着速度的增加钢球受的粘滞阻力增加,而导致钢球受的合外力减小,所以加速度减小,最终加速度为零,钢球匀速运动.

(2)钢球向下运动时受浮力:Fρ0gV粘滞阻力F和重力mg,由牛顿第二定律得:mgFFma

即:ρVgρ0VgηvrρV

代入数值解得:v8.2×103 m/s.

(3)钢球达最大速度时加速度为零则:

ρVgρ0Vgηvmr0

代入数值解得:vm2×102 m/s.

答案:(1)加速度变小的加速运动,最终做匀速运动

(2)8.2×103 m/s (3)2×102 m/s

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