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某喷气式飞机在地面进行制动,其制动装置有三部分:①扰流板刹车装置(如图甲所示),通过空气作用在机翼扰流板上产生阻力进行减速,可借助如图乙所示的简化示意图来理解,空气水平流入经竖直扰流板阻挡后只沿扰流板两侧均匀流出;②反推刹车装置,通过向前喷出高速气体得到反推力进行减速;③机轮刹车装置,通过地面对机轮的摩擦进行减速,该阻力的大小f1=μMg,M为飞机的质量。除制动装置产生阻力外,飞机还会受到空气的其他阻力,该阻力的大小满足f2=kv,其中k为常量,v为飞机的速度。已知扰流板的面积为S,空气的密度为p,飞机制动过程中单位时间内反推刹车装置喷出的气体质量为m,忽略因喷气带来的飞机质量变化的影响,空中风速忽略不计。某次制动过程制动装置全都开启,其速度随时间变化的曲线如图丙所示,当飞机的速度大小为v1时,求:(S、ρ、m、μ、M、k、v、v0、t0为已知量)

(1)飞机的加速度a大小和飞机扰流板受到的阻力F1的大小;
(2)飞机反推刹车装置喷出的气体对飞机的作用力F2的大小及喷出的气体的速度v2大小;
(3)若当飞机的速度大小为v1时,关闭扰流板刹车装置和反推刹车装置,经过时间t1飞机速度从v1减速到0,求此过程中飞机前进的位移x大小。

【答案】(1)飞机的加速度a大小为
v
0
t
0
,飞机扰流板受到的阻力F1的大小为ρ
v
2
1
S;
(2)飞机反推刹车装置喷出的气体对飞机的作用力F2的大小为M
v
0
t
0
-μMg-kv1
v
2
1
S,喷出的气体的速度v2大小为v1+
M
v
0
m
t
0
-
μ
M
g
m
-
k
v
1
m
-
ρ
S
v
2
1
m

(3)此过程中飞机前进的位移x大小为
M
v
1
-
μ
M
g
t
1
k
【解答】
【点评】
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