22.人類總想追求更快的速度,繼上海磁懸浮列車正式運營,又有人提出了新設(shè)想“高速飛行列車”,并引起了熱議。如圖1所示,“高速飛行列車”擬通過搭建真空管道,讓列車在管道中運行,利用低真空環(huán)境和超聲速外形減小空氣阻力,通過磁懸浮減小摩擦阻力,最大時速可達4千公里。我們可以用高中物理知識對相關(guān)問題做一些討論,為計算方便,取“高速飛行列車”(以下簡稱“飛行列車”)的最大速度為v
1m=1000m/s;取上海磁懸浮列車的最大速度為v
2m=100m/s;參考上海磁懸浮列車的加速度,設(shè)“飛行列車”的最大加速度為a=0.8m/s
2。
(1)若“飛行列車”在北京和昆明(距離取為L=2000km)之間運行,假設(shè)列車加速及減速運動時,保持加速度大小為最大值,且功率足夠大,求從北京直接到達昆明的最短運行時間t。
(2)列車高速運行時阻力主要來自于空氣,因此我們采用以下簡化模型進行估算:設(shè)列車所受阻力正比于空氣密度、列車迎風面積及列車相對空氣運動速率的平方;“飛行列車”與上海磁懸浮列車都采用電磁驅(qū)動,可認為二者達到最大速度時功率相同,且外形相同。在上述簡化條件下,求在“飛行列車”的真空軌道中空氣的密度ρ
1與磁懸浮列車運行環(huán)境中空氣密度ρ
2的比值。
(3)若設(shè)計一條線路讓“飛行列車”沿赤道穿過非洲大陸,如圖2所示,甲站在非洲大陸的東海岸,乙站在非洲大陸的西海岸,分別將列車??吭谡九_、從甲站駛向乙站(以最大速度)、從乙站駛向甲站(以最大速度)三種情況中,車內(nèi)乘客對座椅壓力的大小記為F
1、F
2、F
3,請通過必要的計算將F
1、F
2、F
3按大小排序。(已知地球赤道長度約為4×10
4km,一天的時間取86000s)