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F=6πηvr,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r=1.00 mm的钢球,放入常温下的甘油中,让它下落,已知钢球的密度ρ=8.5×103 kg/m3,常温下甘油的密度ρ0=1.3×103 kg/m3,甘油的粘滞系数η=0.80(g取10 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a=g/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?
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:F浮=ρ0gV球粘滞阻力F和重力mg,由牛顿第二定律得:mg-F浮-F=ma
即:ρV球g-ρ0V球g-6πηvr=ρV球
代入数值解得:v=8.2×10-3 m/s.
(3)钢球达最大速度时加速度为零则:
ρV球g-ρ0V球g-6πηvmr=0
代入数值解得:vm=2×10-2 m/s.
答案:(1)加速度变小的加速运动,最终做匀速运动
(2)8.2×10-3 m/s (3)2×10-2 m/s