昨天看到一个有意思的把单个航模涡轮增压引擎加装到自行车后座来驱动自行车的视频,今天就看到把双引擎加装到自行车后座并进行测试的视频。(见下方引用视频)
单引擎的时候,测试出自行车的最高速度顺风达到59.7千米每小时。而双引擎的时候,自行车的最高速度顺风达到84.6千米每小时。看的时候,钱老师在想,这个其实是一道物理(数学)计算题:如果假设两个引擎的功率一样,其他条件(比如风速风向和地面粗糙程度)也一样,用一台引擎推动自行车达到的最大速度是59.7千米每小时,那么用两台引擎推动自行车达到的最大速度是多少?
分析如下:一开始是推进力大于阻力,而空气阻力随着速度提高而增加,而最终空气阻力和推进力达到平衡(地面滑动摩擦力相比空气阻力来说太小,所以忽略)。阻力和相对风速(近似认为是车速)是什么关系?如果把考虑对象转为被挡风截面扫过的空气,这些空气从0速度到最高车速其动能1/2mv^2, 和速度平方成正比,所以阻力和最高车速的平方成正比。所以当推动力翻倍的时候,达到最高车速时的阻力也翻倍,所有双引擎时的最高速度v的平方=2*59.7^2, 所以v=根号下(2*59.7^2)=84.4
而理论数值84.4和实测数据84.6比较接近,因为推力翻倍的同时,实际上地面的滑动摩擦力并没有随风速的提高而翻倍,所以实际测试速度略高也可以说是在情理之中,而是这个理论值已经足够精确了。
生活中处处都有数学,就看大家是不是有心观察发现。将来中高考命题思路就会有很多素材来源于生活,考察的学生们灵活运用所学知识的能力。希望大家也都有发现的眼睛和运用自己所学知识的初心。
(时间关系,今天就写到这里,希望对大家的学习提高有帮助。关注下方钱老师的公众号“奥数基础速成”。)
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