一团气泡从深海处向上升的过程,请问他的运动过程是怎样的?(匀速?匀加速?加速度减小的匀加速?)请考虑到海中压强在变,气泡压缩程度在变,海水密度在变,摩擦力因速度在改变的因素····
来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/12/02 18:21:32
一团气泡从深海处向上升的过程,请问他的运动过程是怎样的?(匀速?匀加速?加速度减小的匀加速?)请考虑到海中压强在变,气泡压缩程度在变,海水密度在变,摩擦力因速度在改变的因素····
一团气泡从深海处向上升的过程,请问他的运动过程是怎样的?(匀速?匀加速?加速度减小的匀加速?)
请考虑到海中压强在变,气泡压缩程度在变,海水密度在变,摩擦力因速度在改变的因素····
1楼,v排只是一个因素
3楼,加速度减小还匀加速?口误还是完全不懂啊。海水密度减小,v排在增大啊!
4楼,完全看不懂你在说什么?是我的理解有问题还是你的表达有问题,能换种方式说说么?
一团气泡从深海处向上升的过程,请问他的运动过程是怎样的?(匀速?匀加速?加速度减小的匀加速?)请考虑到海中压强在变,气泡压缩程度在变,海水密度在变,摩擦力因速度在改变的因素····
运用阿基米德原理和完全气体状态方程.
气泡在上升过程中,体积是随着压强变化的.有
pV=nRT.
其中,p是压强,V是气泡体积,n和R是常数,T是温度.则有V=nRT/p.
压强又近似有p=p0+ρgh.其中,h是深度,ρ是海水在h深度处的密度,g是重力加速度.p0是大气压力,在较深处,p0远小于ρgh.在较浅处,ρgh远小于p0.
则有较深处,p=ρgh,较浅处p=p0.
气泡受到的力主要有三个,浮力、重力和阻力.一般来说,阻力与速度的平方成正比(流体力学中的高雷诺数流动).浮力竖直向上,重力和阻力竖直向下.
浮力F=ρgV=ρgnRT/p
较深处F=ρgnRT/(ρgh)=nRT/h
较浅处F=ρgnRT/p0
显然,较深处,随着气泡的上升,深度h减小,温度T增加,故浮力增加.此时我们可以发现所谓的海水密度已经消去.
较浅处,海水的密度和温度可以看成是常数,故浮力近似不变.
重力G=mg
式中,m为气泡质量,基本上可以认为恒定.显然重力不变.
阻力D=Cd*ρ*v*v*S/2(根据流体力学公式)
式中,ρ还是海水密度,Cd是阻力系数(可看成是一常数),v是气泡速度,这里有两个v相乘,说明阻力和速度的平方成正比.而S表示气泡的尺寸,如果假设气泡是球体时,可以用最大截面圆面积近似.显然,气泡速度以平方出现,要远远大于海水密度与气泡尺寸的影响.这是由于海水的体积弹性模量非常大,要想使海水的密度增加一个小量就必须施加非常大的压强(这里的外界压强与深度成正比),因此就要有非常大的深度.总的来说,速度可以成倍成倍的变化,而海水密度的变化范围却比较窄,因此相成起来速度的影响就占了主要作用.(类似的,考虑飞机在空气中的运动时,升力和阻力的计算是把空气的密度看成是常数的,虽然此时飞机附近空气的压缩非常明显,密度变化肯定比本例中的水要明显地多).基本上,随着深度的降低,海水的密度下降可以和气泡尺寸的增加近似抵消.
因此,可以令D=k*v*v,其中k为常数.
即认为阻力只有速度的平方成正比.
注意,阻力只是被动的力,即气泡不可能反向运动.最多悬浮在海水中.
这样,随着气泡的上升,深度降低.浮力增加,到浅水区接近不变,重力基本不变,阻力增加.
初始条件下,气泡速度为0,阻力为0.气泡的体积在海底不断增大,当超过一定体积时,浮力大于重力,气泡开始向上运动.
显然在初始运动中,阻力非常小,接近于0.浮力增大,因此气泡作加速运动.
加速后,阻力明显上升,深度降低,浮力也有上升.但阻力增加的幅度开始越来越大.
假设某一时刻,阻力增加到刚好加上重力就等于浮力的大小.此时按道理气泡应该向上做匀速运动.但由于深度减小,浮力又增加一点,假若匀速的话阻力就不变,显然浮力又大于阻力加重力,气泡又加速.然后阻力又增加,把浮力平衡了.此时,相当于气泡是缓慢地加速阶段.
到浅水区了,此时浮力基本不变,阻力增加到加上重力恰好等于浮力,显然气泡可以基本看成匀速了.此时三个力都不变了.
因此,综上,气泡的运动可以看成是先快速加速,上升一定时间后呈加速度减小的加速运动,到缓慢的加速运动,最后基本接近匀速运动.
基本上速度随时间的曲线比较像如下函数:
y=1-e^(-x) (y等于1减去e的-x次方).
应该是加速度会减小
加速度减小的匀加速
因为海水密度在减小,浮力在减小
你可以想气泡上升为水的下降
下降的水的质量随着气泡体积变大而变小 所以是加速度越来越小的加速运动
加速
气球上升受海水的压强变小,气体膨胀,体积变大,受到的浮力变大,自重不变
刚形成起泡的时候,起泡没有速度,又受到向上的浮力,所以做加速运动,速度增大.
随着气泡的速度增大,气泡受海水的阻力增大;又气泡上升过程中,海水压强减小,气泡体积增大,浮力增大;但是海水阻力增大起主要作用,故气泡做加速度减小的加速运动.
当气泡速度达到某一定值的时候,海水阻力=气泡浮力,起泡加速度为0,则起泡做匀速运动....
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刚形成起泡的时候,起泡没有速度,又受到向上的浮力,所以做加速运动,速度增大.
随着气泡的速度增大,气泡受海水的阻力增大;又气泡上升过程中,海水压强减小,气泡体积增大,浮力增大;但是海水阻力增大起主要作用,故气泡做加速度减小的加速运动.
当气泡速度达到某一定值的时候,海水阻力=气泡浮力,起泡加速度为0,则起泡做匀速运动.
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