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昊天影院爱情片 再探抛体畅通——辩论空气阻力影响
发布日期:2024-12-04 12:18    点击次数:146

昊天影院爱情片 再探抛体畅通——辩论空气阻力影响

前边在运用编程处置生涯中物理问题(五)中,咱们已策划过抛体畅通王法,其时只是辩论重力,而忽略了空气阻力的影响。

但是在本色畅通经由中昊天影院爱情片,不可幸免的会受到空气阻力的影响。其实,空气阻力的变化很复杂,速率不大时与速率成正比;速率较大时与速率的平素成正比;速率再大就与速率的立方致使五次方成正比。

今天咱们要点议论阻力与速率成正比的情形。

题目:

质料为  的物体,以初速率为  、标的与大地成  角抛出。若是空气阻力不行忽略,并设阻力与速率成正比,即昊天影院爱情片  ,  为大于零的常数。求物体的畅通轨迹。

解答:

证明受力情况,画出受力默示图,如下图所示。

图片

列出牛顿畅通定律方程,即矢量关连为

设定沿  轴向右、  轴进取为正标的,其重量式为

          (1)

            (2)

将  代入式(1),得

改写为

对上式双方积分,即

求得

可见由于空气阻力的存在,  标的的速率不再是常数,而唾手艺渐渐衰减。

由于  ,那么

当  时,  。对上式双方积分,有

求得

    (3)

同理,由于  ,式(2)升沉为

当  时,  。对上式双方积分,有

求得

可见  标的的速率也不再是匀延缓的。

由于  ,那么

当  时,  。对上式双方积分,有

求得

    (4)

联立(3)、(4)两式,消去  ,获取有阻力时的轨迹方程为

    (5)

以上即是咱们今天需条件解的截至。

底下,咱们持续对(5)式进行分析。证明高级数学中泰勒伸开公式

咱们对(5)式中  运用泰勒公式伸开,有

咱们取前边两项,得

    (6)

将(6)式代入(5)式中,不错获取

     (7)

大师有莫得发现(7)式与咱们前边在运用编程处置生涯中物理问题(五)中推导的在忽略空气阻力情况下的轨迹方程相似哈~~~

接下来咱们通过Python编程,分袂将小球在不受空气阻力影响与受空气阻力影响的畅通经由展示出来,从而加深对抛体畅通的兼并。

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雅致代码如下:

from vpython import *scene = canvas(width=1520, height=400,center=vector(20,0,0), background=color.white) #设定布景label(pos= vector(60, -8, 0), text = '寒江钓雪',height=20,color = color.black,box=False,opacity=0)#绘图x轴x_axis = arrow(pos=vector(0,0,0), axis=vector(50,0,0), shaftwidth=0.1, headwidth=0.5,color=color.black)#绘图y轴y_axis = arrow(pos=vector(0,0,0), axis=vector(0,20,0), shaftwidth=0.1, headwidth=0.3,headlength =1.4,color=color.black)#标出原点O,x,yorigin_label = label(pos= vector(-1, -1, 0), text = 'O',height=25,color = color.black,linecolor=color.white,box=False,色阁opacity=0)x_label = label(pos= vector(x_axis.pos.x+x_axis.axis.x, -1, 0), text = 'x',height=20,color = color.black,linecolor=color.white,box=False,opacity=0)y_label = label(pos= vector(-1, y_axis.pos.y+y_axis.axis.y,0), text = 'y',height=20,color = color.black,linecolor=color.white,box=False,opacity=0)label(pos= vector(x_axis.pos.x+x_axis.axis.x, y_axis.axis.y-3, 0), text = '蓝色小球不受空气阻力影响',height=18,color = color.blue,linecolor=color.white,box=False,opacity=0)label(pos= vector(x_axis.pos.x+x_axis.axis.x, y_axis.axis.y-6, 0), text = '红色小球受空气阻力影响',height=18,color = color.red,linecolor=color.white,box=False,opacity=0)#界说蓝色小球1,不受空气阻力影响ball1 = sphere(pos=vector(0,0,0),radius=0.4,color=color.blue,make_trail=1)#界说红色小球2,受空气阻力影响ball2 = sphere(pos=vector(0,0,0),radius=0.4,color=color.red,make_trail=1)#诞生重力加快度g=vector(0,-9.8,0)#诞生小球的初速率与水平素向的夹角theta = 45#将角度调节为弧度theta_rad = radians(theta)#诞生小球的质料m=1#诞生空气阻力整个k=0.2#诞生小球的初速率大小v = 20#界说小球的运转速率ball1.v = v*vector(cos(theta_rad),sin(theta_rad),0)ball2.v = v*vector(cos(theta_rad),sin(theta_rad),0)#界说小球1的加快度ball1.a = g#求出小球2的加快度ball2.a = g+(-k)*ball2.v/m#界说小球1速率矢量箭头vector_v1 = arrow(pos = vector(0,0,0),axis =vector(0,0,0), color=color.blue,shaftwidth = 0.1,headwidth=0.6)v1_label = label(pos=vector_v1.pos+vector_v1.axis, text='v', height=20, color=color.blue, linecolor=color.white, box=False, opacity=0)#界说小球2速率矢量箭头vector_v2 = arrow(pos = vector(0,0,0),axis =vector(0,0,0), color=color.red,shaftwidth = 0.1,headwidth=0.6)v2_label = label(pos=vector_v2.pos+vector_v2.axis, text='v', height=20, color=color.red, linecolor=color.white, box=False, opacity=0)#绘图速率唾手艺变化关连vgraph=graph(title='小球速率唾手艺变化关连',width=400, height=280, xtitle='手艺/s',ytitle='速率/m/s',align='left', xmin=0, xmax=3, ymin=10, ymax=22)V1curve=gcurve(color=color.blue,graph=vgraph,label='蓝色小球速率') #绘图蓝色小球速率弧线V2curve=gcurve(color=color.red,graph=vgraph,label='红色小球速率') #绘图红色小球速率弧线#绘图x轴位置唾手艺变化关连xgraph=graph(title='小球x轴坐标唾手艺变化关连',width=400, height=280, xtitle='手艺/s',ytitle='x/(m)',align='left', xmin=0, xmax=3, ymin=0, ymax=50)x1curve=gcurve(color=color.blue,graph=xgraph,label='蓝色小球x轴坐标') #绘图蓝色小球x轴坐标x2curve=gcurve(color=color.red,graph=xgraph,label='红色小球x轴坐标') #绘图红色小球x轴坐标#绘图y轴位置唾手艺变化关连ygraph=graph(title='小球y轴坐标唾手艺变化关连',width=400, height=280, xtitle='手艺/s',ytitle='y/(m)',align='left', xmin=0, xmax=3, ymin=0, ymax=12)y1curve=gcurve(color=color.blue,graph=ygraph,label='蓝色小球y轴坐标') #绘图蓝色小球y轴坐标y2curve=gcurve(color=color.red,graph=ygraph,label='红色小球y轴坐标') #绘图红色小球y轴坐标#成飞快间闭幕t=0dt=0.0001while True: rate(2000) if ball1.pos.y>=0: ball1.v += ball1.a * dt #速率公式 ball1.pos += ball1.v * dt #位置变化 # 诞生小球1的速率矢量 vector_v1.pos = ball1.pos vector_v1.axis = ball1.v * 0.3 v1_label.pos = vector_v1.pos + vector_v1.axis + vector(1, 1, 0) else: ball1.v = vector(0,0,0) #落到大地后速率置为0 if ball2.pos.y >= 0: ball2.v += ball2.a * dt #速率公式 ball2.pos += ball2.v * dt #位置变化 # 诞生小球2的速率矢量 vector_v2.pos = ball2.pos vector_v2.axis = ball2.v * 0.3 v2_label.pos = vector_v2.pos + vector_v2.axis + vector(1, 1, 0) else: ball2.v = vector(0,0,0) #落到大地后速率置为0 if ball1.pos.y<0 and ball2.pos.y < 0: break V1curve.plot(t, mag(ball1.v)) # 绘图小球1速率弧线 x1curve.plot(t, ball1.pos.x) # 绘图小球1x轴坐标 y1curve.plot(t, ball1.pos.y) # 绘图小球1y轴坐标 V2curve.plot(t, mag(ball2.v)) # 绘图小球2速率弧线 x2curve.plot(t, ball2.pos.x) # 绘图小球2x轴坐标 y2curve.plot(t, ball2.pos.y) # 绘图小球2y轴坐标 t += dt

设施运行截至为:

▲横屏不雅看效用更佳哦~~~

光显,通过仿真咱们不错领路地看到空气阻力对小球畅通的影响。

由于受空气阻力的影响,抛体的轨迹不再是浅易的抛物线了,本色轨迹将比理思轨迹向左下方偏离。也即是说,当存在空气阻力时,抛射的距离会变短。

图片

通过本期的老师,大师一定对抛体畅通有了愈加长远地兼并。咱们通过数学中的微积分推导,求得了在受空气阻力影响的情况下,抛体的轨迹方程。咱们也发现学好数学的遑急性,正所谓“物理的终点是数学,数学的终点是形而上学”。

本期内容要点策划的是空气阻力与速率成正比的情形,后期咱们将进一步探讨空气阻力与速率平素成正比的情形。

接待大师温雅本公众号,咱们共同探究学习~

END昊天影院爱情片

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