(1)小王同学为了测量积雪的密度,设计了“根据雪地上的脚印深度进行估测”的方法.他采用的方法是:利用一块平整地面上的积雪,用脚竖直向下踩在雪上,形成一个向下凹的脚印.然后通过测量积雪原来的厚度H,用脚踩后在雪上形成脚印的深度h,就可以估测雪的密度.请通过推导得出雪的密度的计算表达式.
(2)大雪过后,会造成路面积雪和积水,危及交通安全.为了尽快消除路面积水,可以通过撒盐和铺设防滑物以及组织扫雪等措施.下表反映的是盐的浓度与凝固温度之间的关系,利用这一表格,请你估计当桥面上积水的厚度达到2cm,环境温度为-3°C时,撒盐车应在每平方米的冰面上撒多少盐才能去除桥面上的积水?
盐的浓度(%) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
凝固温度(°C) | 0 | -3 | -7.5 | -12 | -17 |
(a)当雪地车以速度v在雪地上匀速行驶时,在雪层上造成的雪沟深度为h.试估算此时雪地车克服雪层阻力做功的功率P.
(b)假设雪地车挤压雪层形成的雪沟深度与压强成正比.当雪地车所载货物的重力为雪地车空载时自重的1/4,则仍以功率P在雪地上匀速行驶时的速度为多大?
(1)雪被踩后成为冰,密度是0.9g/cm3
设脚印的面积为S,则
雪的体积V雪=SH,冰的体积V冰=S(H-h)
根据密度公式ρ=
得m V
=ρ雪 ρ冰
=V冰 V雪 H-h H
∴ρ雪=ρ冰(H-h) H
(2)由表格知:-3°C时应撒盐的浓度为5%,
设每平方米的水的质量为m,则有
m=ρ水V水=1000kg/m3×1m2×0.02m=20kg
所以撒盐的质量为m盐=20kg×5%=1kg
(3)
(a)设雪地车在雪地行驶的时间为t
则t时间内前进的距离L=vt
压下雪的面积S=L2d=2vtd
压力做功W=Fh=pSh=p0×2vtd×h=2p0vtdh
∴功率P=
=W t
=2p0vdh2P0vtdh t
(b)已知重力增加
,所以雪地车对雪地的压强增大1 4
,1 4
雪地车克服雪地阻力的功率一定
设此时雪地车行驶的速度为v′
根据题意得 2p0vdh=2(p0+
)v'P0 4
h5 4
解得v'=
.16v 25
答:
(1)雪的密度表达式为ρ雪=
;ρ冰(H-h) H
(2)每平方米需撒盐1kg;
(3)(a)雪地车克服阻力的功率为2dp0hv;
(b)雪地车仍以功率P在雪地上匀速行驶时的速度为
.16v 25