我国北方常遭遇严重的沙尘暴天气．所谓沙尘暴可简化为如下情景：快速向上刮起的大风将大量沙尘颗粒扬起后悬浮在空中，可视为这时风对沙尘的作用力与沙尘的重力平衡．已知风对沙尘粒作用力大小的可近似表达为 f=ρπr2 v 2，式中ρ空为空气密度，r为沙尘粒的半径（沙尘粒可近似看成球体，且体积V=πr3），v为风速．如果沙尘粒的密度ρ沙=3×103kg/m3，沙尘粒的半径r=2.5×10-4m，地面的空气密度ρ空=1.25kg/m3，若空气密度ρ空 随地面高度h的变化关系为每升高1km，空气密度减少0.2kg/m3（g取10m/s2）．求：
（1）要形成沙尘暴现象，地面的风速至少为多少？
（2）当地面风速为8m/s时，沙尘暴的最大高度为多少？
（1）沙尘颗粒受重力G=mg=ρ沙Vg=ρ沙πr3g与空气作用力为f=πρ空r2v2作用而平衡，
在地面附近空气密度ρ0=1.25kg/m3，由平衡条件得：ρ沙 πr3g=ρ空πr2v2，
则v== | | 8×3×103kg/m3×2.5×10-4m×10N/kg | | 3×1.25kg/m3 |
|
=4m/s；
（2）当风速v=8m/s时，由ρ沙 πr3g=ρ空′πr2v2，得：
其中ρ空′=ρ空-kh
故h=-= km- km=4.7km
答：（1）要形成沙尘暴现象，地面的风速至少为4m/s；
（2）当地面风速为8m/s时，沙尘暴的最大高度为4.7km．
