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主题 5 — 运动

三种运动形式 · 道路交通物理——全部含计算

章节

Selfcheck / 自测

  1. 速率可以不变,为什么圆周运动仍是加速运动?
  2. 说出三种运动形式,各给一条标志性公式和一个例子。
  3. 匀速运动的 s-tv-ta-t 图分别是什么样?
  4. 什么是终极速度?它是怎么形成的?
  5. 区分牛顿阻力Stokes 阻力
  6. 推导刹车距离 SB=v2/(2aB)
  7. 为什么速度翻倍时停车距离变三倍(而不是翻倍)?
  8. 以 130 km/h 行驶,仅在 1 s 反应时间内走多远?
  9. 为什么 aB 几乎与汽车质量无关?它的上限由什么决定?
  10. 为什么雨滴从 2 km 高的云层落下却致命?
  11. 在月球上同时放开锤子和羽毛,会发生什么?为什么?

§§ANTWORTEN

  1. 因为方向变化也是加速度:a=Δv/Δtv 方向不断改变,所以即使速率不变也在加速。(§5.1)
  2. 匀速a=0v=s/t;定速巡航的汽车);匀加速a= 常量,v=ats=12at2;自由落体);非匀加速a 随时间变化;有空气阻力的下落)。(§5.2)
  3. s-t 图为上升直线(斜率 =v);v-t 图为水平线a-t 图恒为。(§5.2)
  4. 阻力重力相互抵消、a=0 时达到的恒定速度。由于阻力随 v 增大,a 不断减小,直到达到此平衡。(§5.2)
  5. 牛顿阻力 FRv2(高速、湍流);Stokes 阻力 FRv(低速、层流、小物体)。(§5.2)
  6. s=12aBt2 与刹车时间 t=v/aB,代入得 SB=12aB(v/aB)2=v22aB。(§5.3)
  7. 因为只有反应距离 Sv=vtRv 线性增长,而刹车距离 SB=v2/(2aB)平方增长——两者之和变三倍(如 28 m → 84 m)。(§5.3)
  8. v=130/3,636,1 m/s,Sv=vtR36 m——还没踩刹车就已驶过约 36 m,比多数人的直觉远得多。(§5.3)
  9. 因为刹车力的上限是轮胎—路面的静摩擦 FB,max=μmg;代入 F=maaB,max=μg——质量约掉了。上限由摩擦系数 μ(路面状况、轮胎)决定。(§5.3)
  10. 因为空气阻力随 v 增大,直到与重力平衡(a=0),雨滴以终极速度约 7–9 m/s 落地;若无空气阻力它将以 2gh200 m/s 砸下。(§5.2)
  11. 两者同时落地(Apollo 15,1971 年实地演示):月球没有大气、没有空气阻力,所有物体都以相同的 g1,62 m/s² 自由下落。(§5.2)