问题标题:
鸵鸟是当今世界上最大的鸟.有人假设说,如果鸵鸟能长出一副与身体大小成比例的翅膀,就能飞起来.物理学得出:飞翔的必要条件是空气的上举力F至少与体重G=mg相等.鸟煽动翅膀,生物学得出
问题描述:
鸵鸟是当今世界上最大的鸟.有人假设说,如果鸵鸟能长出一副与身体大小成比例的翅膀,就能飞起来.物理学得出:飞翔的必要条件是空气的上举力F至少与体重G=mg相等.鸟煽动翅膀,生物学得出:获得上举力的大小可以表示为:F=csV2,式中s为翅膀展开后的面积,V为鸟的飞行速度,而c是一个比例常数.可以作一个简单的几何相似形假设:设鸟的几何线度为L,那么其质量mL3,而翅膀面积sL2,已知小燕子的最小飞行速度是5.5m/s,鸵鸟的最大奔跑速度为11.5m/s:,又测得鸵鸟的体长是小燕子的25倍,如果鸵鸟真的长出一副与身体大小成比例的翅膀,并假设它能真的飞起来,①请估算其飞行速度.②起飞需要什么条件.
郭朝辉回答:
作为物理教师需要知道鸵鸟不仅应该有合适的翅膀,还应该有尾羽才能飞起来.鸵鸟刚好能飞起来的临界速度应满足:
上举力等于重力,F=G,即csV2=mg①
V=根号(mg/cs),因为c、g是常数,所以v正比于根号(m/s)②
已知m正比于L的3次方、s正比于L的2次方代入②得V正比于根号L③
设小燕子几何线度为L1,最小飞行速度是V1;鸵鸟几何线度为L2,最小飞行速度是V2
则有V1/V2=根号(L1/L2)=根号(1/25)=1/5④
鸵鸟飞行速度V2=5*V1=5*5.5=27.5(m/s)⑤
而鸵鸟最大速度=11.5m/s
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