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标题: 車上的氫氣球 [打印本页]

作者: 骰迷 时间: 2011-10-24 23:29:21 标题: 車上的氫氣球

一辆车水平作圆周运动，车顶連上一个氢气球。求氢气球的移动轨迹。

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谷哥翻译比较逊

[ 本帖最后由骰迷于 2011-10-25 18:03 编辑 ]

作者: 乌木 时间: 2011-10-25 05:54:29

是否这样：
车停时，氢气球自由地飘在车子内顶部某处。
当车子在水平面上做逆时针方向的圆周运动时，虽然车内乘客向右倾斜，但是乘客看到车顶下的氢气球却向左飘移。
如果车子在水平面上做直线运动，当车子加速时，乘客向后倾斜，但氢气球向前运动；当车子急刹车时，乘客往前倒，氢气球却向后飘去。
这里说的氢气球的轨迹是相对于车子而言的，不是相对于地面。
为何氢气球的运动和乘客的运动相反？请思考。

[ 本帖最后由乌木于 2011-10-25 06:00 编辑 ]

作者: Yubo 时间: 2011-10-25 08:05:16

可以考虑车内气流运动~~~

作者: mrmnm 时间: 2011-10-25 08:18:09

这是我其中一家大學面試的問題, 當年我答如果车子在水平面上做直线运动，当车子加速时，乘客和氢气球都会向后运动, 結果我被那家大學拒收了... 到現在也搞不清楚...

作者: 谢老师 时间: 2011-10-25 13:29:50

这么牛的大学！用这个题目拒收了魔方吧的高材生啊！

作者: Cielo 时间: 2011-10-25 16:45:08

有个物理量，通常用下面这个字母表示
ρ

作者: 骰迷 时间: 2011-10-25 18:00:04

density密度是吧
我这样合理化这个结果:假设汽车上连着一个特大气球,其中一边是氢气,另一面是普通空气.那么转弯时空气会把氢气挤开,尽量向外,因此氢气会向内.
但是我想不明白,那样看起来是不是氢气球"侦测"着汽车的转向?

作者: 骰迷 时间: 2011-10-25 18:01:59

另外此题中的气球其实是用线连住,飘在汽车上面的(比车顶高),对结果有影响吗?

作者: 钟七珍 时间: 2011-10-26 18:21:26

　　拴在车顶上的氢气球，刚开始时，应该是略向下跟着汽车运动。当运动状态稳定后，应当是跟着汽车作圆周运动（汽车可能是作匀速圆周运动。但原题未明确。假定如此）。但气球的旋转半径比拴在车上的那个点的运动半径大。
　　连接氢气球的那根线提供了三个力（或者说连线拉力可分解成三个力）：一是与氢气球的浮力（应是减去氢气球重量剩余部分）相平衡，二是与氢气球运动时受到的空气阻力（假设此时空气不流动，气球作匀速圆周运动时受到均匀的阻力）相平衡，三是提供氢气球作匀速圆周运动所需的向心力。

作者: abandon 时间: 2011-10-26 20:56:37

原帖由骰迷于 2011-10-25 18:01 发表
另外此题中的气球其实是用线连住,飘在汽车上面的(比车顶高),对结果有影响吗?

和在车里完全不同……稳定状态肯定是气球也做圆周运动

作者: superacid 时间: 2011-10-27 08:47:22

氢气球密度比空气小，所以运动规律和车上的其他物体(比如乘客)是相反的

作者: 潜水艇 时间: 2011-10-27 10:00:34

很明显氢气球的整体密度要小于周围空气，所以是氢气球在汽车圆周运动内，也就是说气球运动的半径比汽车小。。。。。。

作者: 骰迷 时间: 2011-10-27 18:51:14

那么说假设车子一开始静止,然后向前稍微加速,车子上的氢气球便会跑到车子前?
那么我可不可以说在静止状态下,氢气球的位置是不稳定的?

作者: 乌木 时间: 2011-10-27 19:28:54 标题: 回复 13# 的帖子

CCTV-10曾经播放过一档德国人的科普节目，其中的实验表明你说的是对的。不过，车子停止时，氢气球静止于车顶下方某处的状态应该说还是稳定的，因为此时车内的空气密度还是均匀的。

作者: Fenz 时间: 2011-10-27 21:18:47

原帖由骰迷于 2011-10-27 18:51 发表
那么说假设车子一开始静止,然后向前稍微加速,车子上的氢气球便会跑到车子前?

这显然是不可能的，而且12#也是错的，氢气球在车里时氢气球、周围的空气和人一起向外甩，人的密度最大所以向外甩越厉害，空气也向外甩但挤不过人，被挤到里面，氢气球不是不向外甩而是挤不过空气所以往里飘。
当氢气球在车外面时气球周围的空气并不参与圆周运动，所以并不向外甩，所以氢气球没有竞争地向外甩。9#的分析是正解。

另外，如果气球在车里，而两边车窗大开着，那气球也要往外甩，因为气球和空气没有了竞争。

作者: 乌木 时间: 2011-10-27 21:52:14

CCTV-10播放的那科普实验表明，车子加速时，车内的氢气球飘到车厢的前部；车子刹车时，飘到车厢后部。

作者: lulijie 时间: 2011-10-28 00:00:33 标题: 标题

当车做加速运动时，车内的空气重新分布。当为匀加速，且车内空气的分布稳定时，车后的空气密度比车前的密度大，即车后的压强比车前的大，所以气球向前飘

作者: tm__xk 时间: 2011-10-28 00:07:33

'"車上的氫氣球
一辆车水平作圆周运动，车顶連上一个氢气球。求氢气球的移动轨迹。'"

看着这中文我总感觉气球在车外....

作者: lulijie 时间: 2011-10-28 00:14:26

18楼的理解和我一样，9楼的答案我也很赞同。

[ 本帖最后由 lulijie 于 2011-10-28 00:47 编辑 ]

作者: feifucong 时间: 2011-10-28 00:26:01

原帖由乌木于 2011-10-27 21:52 发表
CCTV-10播放的那科普实验表明，车子加速时，车内的氢气球飘到车厢的前部；车子刹车时，飘到车厢后部。

其实和装着水的横至的矿泉水瓶中的气泡是一回事情
向前移动瓶子时，气泡会向瓶子前端跑
相同体积，密度大的物体惯性大
所以空气的惯性是主要矛盾，空气向车后方跑，氢气球被挤向车前方
气球虽有惯性，有向后运动的趋势，但在空气向前的的挤压的趋势更大。

作者: lulijie 时间: 2011-10-28 00:37:38 标题: 标题

做匀加速的车子，空气稳定分布后，车内后部的空气密度大。用动力学来解释：对于车内某一团研究对象（空气），它后部受到的压强大于前部受到的压强，所以它受到向前的合力，这个合力刚好提供与车相同的加速度，所以它与车没有相对运动，保持稳定状态。当氢气球质量小于相同体积的空气，虽然它受到的合力同相同体积的空气相同，但加速度必然大于车。所以稳定状态下，氢气球必然受到绑绳向后的拉力，即氢气球在绑绳的前方。

作者: lulijie 时间: 2011-10-28 01:08:00

同样的道理，若车子做匀速圆周运动，那么稳定状态下，车内的外侧的空气密度大，内外侧的空气密度梯度差对车内的空气提供一个向心的加速度，使得车内的空气具有与车相同的角速度。氢气球的质量小于同体积的空气，所以空气对氢气球的影响必然造成气球向心运动，稳定状态下，必然存在绑绳对氢气球向外的拉力。
所以氢气球同汽车做相同角速度的同方向转动，它位于车顶，绳子固定点与转动圆心的连线上，绳子处于拉紧状态。

[ 本帖最后由 lulijie 于 2011-10-28 01:11 编辑 ]

作者: 潜水艇 时间: 2011-10-28 07:31:23

题目翻译真的有问题，我也以为气球在车外！

作者: Fenz 时间: 2011-10-28 08:49:16

搞不懂一半人认为气球在车里，一般人认为气球在车外，这样还能争论到一起。

8#不是说明了嘛：气球比车顶高，也就是在车外咯。

作者: 钟七珍 时间: 2011-10-28 17:31:39

原帖由 lulijie 于 2011-10-28 01:08 发表
　　若车子做匀速圆周运动，那么稳定状态下，车内的外侧的空气密度大，内外侧的空气密度梯度差对车内的空气提供一个向心的加速度，使得车内的空气具有与车相同的角速度。氢气球的质量小于同体积的空气，所以空气对氢气球的影响必然造成气球向心运动，稳定状态下，必然存在绑绳对氢气球向外的拉力。
　　所以氢气球同汽车做相同角速度的同方向转动，它位于车顶，绳子固定点与转动圆心的连线上，绳子处于拉紧状态。

　　
　　若氢气球拴在车箱内顶上，本人附和上面的解答。此时不均匀气体对氢气球产生的侧向浮力与绳子拉力的合力提供了氢气球作匀速圆周运动所需的向心力；氢气球向上的浮力与车箱顶对氢气球的作用力相平衡。
（若氢气球拴在车箱外顶上，本人的解答见9楼。）

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