近年,植被的严重破坏导致我国北方“沙尘暴”频发,现将沙尘上扬后的情况简化如下:风速竖直向上,设为v,沙尘颗粒上扬后悬浮在空中(视为静止),此时风对沙尘的作用力等效于沙尘以速度v在静止的空气中运动时所受到的阻力f,且f=aρAv2,式中a为一系数,A为沙尘颗粒的截面积,ρ为空气密度,已知a=0.5,地面空气密ρ0=1.2 kg/m3,沙尘颗粒为球形,密度ρ沙=3×103 kg/m3,半径R=0.24 mm,(球的体积公式为V=4/3πR3),重力加速度g取10 m/s2,且不考虑重力加速度随高度的变化。 (1)求发生沙尘暴时地面附近的最小风速(方向向上); (2)若空气密度ρ随高度h变化的关系为ρ=ρ0(1-kh),常量k=1.2×10-3 m-1,ρ0为地面空气密度,当竖直向上的风速为5 m/s时,求沙尘扬起后悬浮的最大高度。 |