2012年10月14日,奥地利人Baumgartner从太空边缘(离地39km)起跳,据报道他以最高每小时1342km的速度,回到地球表面,成为“超音速”第一人.自由落体运动的时间约为5分35秒.已知空气中音速约为340m/s,空气密度ρ=1.29kg/m3,重力加速度g=10m/s2.
(1)他降落过程中的速度是否超过了音速?
(2)这篇报道中有什么数据相互矛盾?以上两个问题请通过计算说明;
(3)当物体从高空下落时,空气对物体的阻力公式:f=
CDρv2S(CD=1 2
,ρ为空气密度,v为运动速度,S为物体截面积).因此,物体下落一段距离后将会匀速下落,这个速度被称为收尾速度.设Baumgartner加装备的总质量为100kg,腰围100cm.请计算他的收尾速度大小.9 2
(1)vm=1342km/h=
m/s=372.78m/s>340m/s,所以Baumgartner确实超过了音速340m/s;1342 3.6
(2)t=5分35秒=335s,对应自由下落的最大速度vm′=gt=10×335m/s=3350m/s,远大于文中报道的372.78m/s的最大速度,所以他的下落不是真正的自由落体,受到了空气阻力的作用;
(3)腰围100cm对应的人体半径r=
=L 2π
m,人体截面积S=πr2=π×(1 2π
)2m2=1 2π
m2=7.96×10-2m2.1 4π
匀速下落时:f=mg
又f=
CDρv2S1 2
得
CDρv2S=mg1 2
解得,v=
=2mg CDρS
m/s=65.78m/s. 2×100×10 4.5×1.29×7.96×10-2
答:
(1)他降落过程中的速度超过了音速.
(2)他的下落不是真正的自由落体,受到了空气阻力的作用;
(3)他的收尾速度大小是65.78m/s.