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某噴氣式飛機在地面進行制動,其制動裝置有三部分:①擾流板剎車裝置(如圖甲所示),通過空氣作用在機翼擾流板上產生阻力進行減速,可借助如圖乙所示的簡化示意圖來理解,空氣水平流入經豎直擾流板阻擋后只沿擾流板兩側均勻流出;②反推剎車裝置,通過向前噴出高速氣體得到反推力進行減速;③機輪剎車裝置,通過地面對機輪的摩擦進行減速,該阻力的大小f1=μMg,M為飛機的質量。除制動裝置產生阻力外,飛機還會受到空氣的其他阻力,該阻力的大小滿足f2=kv,其中k為常量,v為飛機的速度。已知擾流板的面積為S,空氣的密度為p,飛機制動過程中單位時間內反推剎車裝置噴出的氣體質量為m,忽略因噴氣帶來的飛機質量變化的影響,空中風速忽略不計。某次制動過程制動裝置全都開啟,其速度隨時間變化的曲線如圖丙所示,當飛機的速度大小為v1時,求:(S、ρ、m、μ、M、k、v、v0、t0為已知量)

(1)飛機的加速度a大小和飛機擾流板受到的阻力F1的大??;
(2)飛機反推剎車裝置噴出的氣體對飛機的作用力F2的大小及噴出的氣體的速度v2大??;
(3)若當飛機的速度大小為v1時,關閉擾流板剎車裝置和反推剎車裝置,經過時間t1飛機速度從v1減速到0,求此過程中飛機前進的位移x大小。

【答案】(1)飛機的加速度a大小為
v
0
t
0
,飛機擾流板受到的阻力F1的大小為ρ
v
2
1
S;
(2)飛機反推剎車裝置噴出的氣體對飛機的作用力F2的大小為M
v
0
t
0
-μMg-kv1
v
2
1
S,噴出的氣體的速度v2大小為v1+
M
v
0
m
t
0
-
μ
M
g
m
-
k
v
1
m
-
ρ
S
v
2
1
m
;
(3)此過程中飛機前進的位移x大小為
M
v
1
-
μ
M
g
t
1
k
。
【解答】
【點評】
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