第405章 黎曼猜想与棋局的破局时刻
王韩紧张地等待着物理之神对第九考的判定,只见那虚幻的身影微微点头,柔和光芒闪烁,意味着他成功通过了前九考。
然而,物理之神并未就此罢休,它的声音再次在这片星光空间中响起:“年轻人,你展现出了不错的学识,但真正的考验才刚刚开始。”
“接下来,我将以流体力学和空气动力学对你进行考验。”
王韩心中一凛,他知道这两门学科的知识极为复杂,但此刻容不得他退缩。
“首先,”物理之神说道,“假设有一个半径r = 0.1m的光滑球体,在粘性系数u= 1.8×10^{-5} Pa·s的空气中以速度v = 5m/s做匀速直线运动,根据斯托克斯定律,求球体所受的粘性阻力F_d。”
王韩迅速回忆起斯托克斯定律的公式F_d = 6πurv。
他在心中默算:F_d = 6×π×1.8×10^{-5} Pa·s×0.1m×5m/s,经过计算得出F_d = 1.696×10^{-4} N,他大声报出答案。
物理之神的身影光芒一闪,认可了他的回答,紧接着提出第二个问题:“现有一个水平放置的圆形管道,半径R = 0.2m,管内流体为水,其动力粘度u = 1.0×10^{-3} Pa·s,平均流速v = 2m/s。”
“根据哈根 - 泊肃叶定律,求单位长度管道的压力降△p/L。”
王韩深知哈根 - 泊肃叶定律公式为△p/L =8uv/πR2。
他快速计算:
△p/L=8×1.0×10^{-3} Pa·s×2m/s/π×(0.2m)2,得出△p/L = 0.1273 Pa/m,再次准确作答。
“很好,”物理之神说道,“现在考虑空气动力学方面。”
“一架飞机的机翼可近似看作一个平板,其长度l = 5m,宽度b = 1m,在速度V = 200m/s的气流中飞行,空气密度p= 1.225kg/m3,假设机翼表面的气流为层流,根据平板摩擦阻力系数公式C_f = 1.328/√Re(其中Re为雷诺数,Re = PVl,空气粘性系数u= 1.7894×10^{-5} Pa·s),求机翼所受的摩擦阻力F_f。”
王韩先计算雷诺数Re = 1.225kg/m3×200m/s×5m/1.7894×10^{-5} Pa·s≈6.83×10^7。
再计算摩擦阻力系数C_f =1.328/√6.83×10^{7}≈1.59×10^{-4}。
然后根据摩擦阻力公式F_f =1/2C_fV2bl,可得F_f =1/2×1.59×10^{-4}×1.225kg/m3×(200m/s)2×1m×5m,算出F_f = 193.97N,王韩又一次成功回答。
但物理之神的考验并未结束,“在一个风洞中,有一个翼型模型,其弦长c = 0.5m,攻角a= 5°,风洞中的气流速度V = 50m/s,空气密度p = 1.2kg/m3。
已知该翼型的升力系数C_L与攻角a的关系为C_L = 0.1 + 0.12a(a以度为单位),求翼型模型所受的升力L。”
王韩先将攻角代入升力系数公式C_L = 0.1 + 0.12×5 = 0.7。
再根据升力公式L = 1/2pV2C_Lc,计算得L=1/2×1.2kg/m3×(50m/s)2×0.7×0.5m = 525N,再次通过考验。
然而,物理之神紧接着给出了一道更为复杂的题目:“假设有一个热气球,其球体可看作直径D = 10m的球体,球内热气温度T_1 = 350K,外部空气温度T_0 = 300K,大气压力p_0 = Pa,空气气体常数R = 287J/(kg·K)。”
“考虑热空气与冷空气的密度差异产生的浮力,以及空气对热气球上升过程中的阻力,假设阻力系数C_d = 0.4,当热气球匀速上升时,求其上升速度v。
(提示:先根据理想气体状态方程求出热空气与冷空气的密度,再根据浮力公式F_b =p0gV,阻力公式F_d=1/2p0C_dAv2,其中V为热气球体积,A为热气球迎风面积)”
王韩深知这道题的复杂性,他深吸一口气,开始逐步计算。
首先根据理想气体状态方程p=ρ = p/(RT),算出冷空气密度p_0 = Pa/287J/(kg·K)×300K≈1.185kg/m3,热空气密度p_1=Pa/287J/(kg·K)×350K≈1.016kg/m3。
热气球体积V = 4/3π(D2)3 =4/3π(5m)3≈523.6m3,迎风面积A = π(D/2)2 =π (5m)2 = 25πm2。
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