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机车启动之恒定功率启动

2022-01-25 13:26 作者:匆匆-cc  | 我要投稿

        在高中物理教科书上,未给出机车启动恒定功率启动的推导。

        在此,对阻力恒定时的情况进行推导。

        根据牛顿第二定律

%5Coverrightarrow%7BF%7D%3Dm%5Coverrightarrow%7Ba%7D

        以及

P%3D%5Cfrac%7BdW%7D%7Bdt%7D%3D%5Cfrac%7B%5Coverrightarrow%7BF%7D%5Ccdot%20d%5Coverrightarrow%7Bx%7D%7D%7Bdt%7D%3D%5Coverrightarrow%7BF%7D%5Ccdot%20%5Cfrac%7B%20d%5Coverrightarrow%7Bx%7D%7D%7Bdt%7D%3D%5Coverrightarrow%7BF%7D%5Ccdot%20%5Coverrightarrow%7Bv%7D

        得到

%5Cfrac%7BP%7D%7Bv%7D-f%3Dm%5Cfrac%7Bdv%7D%7Bdt%7D

        分离变量dt,得

dt%3D%5Cfrac%7Bmv%7D%7BP-fv%7Ddv

        为方便积分,作以下处理

dt%3D%5Cfrac%7Bmv%7D%7BP-fv%7Ddv%3D%5Cfrac%7B-%5Cfrac%7Bm%7D%7Bf%7D(P-fv)%2B%5Cfrac%7BmP%7D%7Bf%7D%7D%7BP-fv%7Ddv%3D(-%5Cfrac%7Bm%7D%7Bf%7D%2B%5Cfrac%7BmP%7D%7BfP-f%5E2v%7D)dv

        两边积分

%5Cint_%7B0%7D%5E%7Bt%7Ddt%3D%5Cint_%7B0%7D%5E%7Bv%7D%20(-%5Cfrac%7Bm%7D%7Bf%7D%2B%5Cfrac%7BmP%7D%7BfP-f%5E2v%7D)dv%20

%5Cbegin%7Balign%7D%0At%26%3D(-%5Cfrac%7Bm%7D%7Bf%7Dv-%5Cfrac%7BmP%7D%7Bf%5E2%7D%5Cln%20%5Cfrac%7BfP-f%5E2v%7D%7BmP%7D%20)%5Cvert%20_0%5Ev%0A%5C%5C%26%3D-%5Cfrac%7Bmv%7D%7Bf%7D%2B%5Cfrac%7BmP%7D%7Bf%5E2%7D%5Cln%5Cfrac%7BP%7D%7BP-fv%7D%0A%5Cend%7Balign%7D

        可以看到,当t%5Crightarrow%5Cinfty时,v%5Crightarrow%5Cfrac%7BP%7D%7Bf%7D,这与课内得到的结论相同,即:

        当时间足够长时,可以认为

v%3D%5Cfrac%7BP%7D%7Bf%7D

        下面4幅图为GeoGebra模拟的v-t曲线。

## 应去掉x轴以下部分

## 为了方便比较,没有更换坐标轴尺度

模拟出的一条标准曲线(作对照用)
质量增大,即惯性增大,沿时间方向拉长
阻力增大,最大速度减小
功率增大,最大速度增大

        下图是把四条曲线放在一起的情况。

 

        撰稿于2020.10.27

        重写于2022.01.25

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