【设质量为m的物体在高空中由静止而下落,空气对物体运动的阻力-查字典问答网
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  【设质量为m的物体在高空中由静止而下落,空气对物体运动的阻力与速率成正比,求此物体下落的速度v与时间t的关系】

  设质量为m的物体在高空中由静止而下落,空气对物体运动的阻力与速率成正比,求此物体下落的速度v与时间t的关系

1回答
2020-10-29 07:14
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蔡剑

  设空气对物体的阻力为f(t)=kv(t).

  物体受到合外力F(t)=mg-f(t)=mg-kv(t),方向竖直向下.

  物体运动加速度a(t)=F(t)/m=g-kv(t)/m,方向竖直向下.

  v(t)=∫a(t)dt=∫[g-kv(t)/m]dt

  方程两边对t求导,v'=g-kv/m...(*)

  用常数变异法求解此常微分方程:

  v'=-kv/m,解得v=C*exp(-kt/m)

  设v(t)=C(t)*exp(-kt/m),则v'(t)=C'(t)*exp(-kt/m)-(k/m)C(t)*exp(-kt/m)

  将v(t)与v'(t)代入(*)式,得C'(t)=g*exp(kt/m)

  积分解得C(t)=C-(mg/k)*exp(-kt/m)

  所以v(t)=[C-(mg/k)*exp(-kt/m)]*exp(-kt/m)

  又v(0)=0,得C=mg/k

  故v(t)=(mg/k)[exp(kt/m)-1]/exp(2kt/m).

2020-10-29 07:17:30

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