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一个关于能量的问题
[楼主] 作者:lywcy68  发表时间:2010/04/06 17:22
点击:559次

一架质量为M的电动直升飞机悬停在100米的空中,无风。假设电动机消耗的功率为P,请问,单位时间t内,电动机所消耗的电能P*t,转化为何种能量?

现微调电压,使电动机的功率下降为0.99P0,假设直升飞机以每秒0.1米的速度缓缓下降,再请问:下降过程中,电动机消耗的电能转化为何种能量? 直升飞机的重力势能Mgh又转化为何种能量?(h为下降高度差)

 

 

 

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[楼主]  [2楼]  作者:lywcy68  发表时间: 2010/04/07 19:53 

提示:不要想当然,你很可能漏掉一项重要的去向
[楼主]  [3楼]  作者:lywcy68  发表时间: 2010/04/07 23:26 

大约2002年时,我写信到湖南大学物理系求教,收到的回信这样解释:
直升飞机下降时,加剧了空气的扰动,电动机消耗的电能以及Mgh都转化为气流的动能。
您能相信吗?
电动机消耗0.99Pt的电能时比消耗Pt时,对空气的扰动更大?
[楼主]  [4楼]  作者:lywcy68  发表时间: 2010/04/08 12:53 

我们换一种提法:

一个铁球A质量为M,从高度为H的地方自由下落到地面,理论上其落地速度为V, 实际上由于空气的阻力作用,实测落地速度为0.99V。 那么转化为空气动能的那一部分能量就是MVV/2-M0.99V0.99V/2≈0.01MVV

换一个小一点点的铁球B,再绑上一个玩具降落伞,加起来的质量也是M,同样从高度为H的地方下落到地面,设其落地速度为0.9V。那么转化为空气动能的那一部分能量就是MVV/2-M0.9V0.9V/2≈0.1MVV

显然,铁球A的重力势能MgH下落后,百分之二转化为空气动能,百分之九十八转化为自身动能;而铁球B的MgH却有百分之二十转化为空气动能,其余百分之八十转化为自身动能。

问题是A的速度比B的速度大百分之十,速度大则摩擦也大,空气扰动速度也大。速度大的A球只将百分之二的能量传给空气,那么速度小百分之十的B球顶多也只能将不超过百分之二的能量转化为空气动能。

请问:
B球剩下的百分之一十八的能量哪里去了?
 [5楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/04/09 11:39 

To 3楼:
大约2002年时,我写信到湖南大学物理系求教,收到的回信这样解释:
直升飞机下降时,加剧了空气的扰动,电动机消耗的电能以及Mgh都转化为气流的动能。
您能相信吗?
电动机消耗0.99Pt的电能时比消耗Pt时,对空气的扰动更大?
------------------

SHEN JQ 回复:
你怎么知道“电动机消耗0.99Pt的电能时比消耗Pt时,对空气的扰动更大”?P的数值又没有。我看未见得。
还有,即使你可以设置P的数值,这个数值符合实际吗?
补充一点:直升飞机下降时,电动机消耗的电能以及Mgh都转化为气流的动能外,重力功Mgh还有一部分转化为了直升机的下落动能。
 [6楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/04/09 11:44 

To [4楼]:

这个问题上你错得离谱了,也错得果断。
你以为空气阻力只与一个因素(物体速度)有关吗?非也。其实空气阻力还与物体大小和形状有关,对于小物体大速度而言,速度为阻力主要因素;但是对于大物体而言,尺寸应该是更主要因素。
[楼主]  [7楼]  作者:lywcy68  发表时间: 2010/04/09 19:39 

错的离谱?
只怕未必。看看下面这个例子你再作判断。

买一根直径10厘米,长3米的PVC水管,在水管里面A端的中心O用支架固定一个玩具小火箭(鞭炮店应该有卖,燃烧时间只有3至5秒),喷口朝向另一端B,两端都用盖子封闭,接长引信,A端的盖子上钻一个小孔,露出引信头,将整根水管用绳子悬吊起来形如单摆。
点着引信,迅即用胶泥塞住小孔。
请问:
水管所受的重力和绳子的拉力两者之和为零,按照惯性定律,水管应该永远保持静止,而不管管子内部是否发生燃烧,爆炸,还是电磁作用。
您有兴趣试一试吗?
不用试您也知道,水管会向A端所指方向迅速摆动,随角度增大而减速,到达一定角度时停滞,当小火箭的燃烧快结束时,回摆(此时火药仍在燃烧,但是威力下降),基本上在最低点附近停止(到此时火药燃烧才结束),不会像其它单摆一样往复。
问题:
1,为什么在内力的作用下水管的动量发生改变?
2,水管摆动显然是某个力的作用结果,那么这个力的反作用力是哪一个?
3,水管从最低点往最高点摆动,所获重力势能来自于火药的化学能;那么,它回摆到最低点时这个重力势能又哪里去了?

[楼主]  [8楼]  作者:lywcy68  发表时间: 2010/04/09 20:17 

回摆过程和开伞降落的过程类似。
回摆的同时,火药仍然在燃烧,只是单位时间消耗的火药减小。火药的化学能转化为什么?势能又转化为什么?难道解释为转化成水管与空气的摩擦热?——上摆时速度比回摆速度大的多!

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