(10分)2007年2月28日,從烏魯木齊駛往阿克蘇的5806次列車遭遇特大沙塵暴,列車從第1節(jié)車廂到第11節(jié)車廂相繼被吹翻?戳诉@個(gè)報(bào)道后,某研究小組為探索沙塵暴的威力,進(jìn)行了模擬研究。如圖為測(cè)定沙塵暴風(fēng)力的實(shí)驗(yàn)裝置圖,其中AB是一段水平放置的長(zhǎng)為L(zhǎng)的光滑均勻電阻絲,電阻絲阻值較大,一質(zhì)量和電阻都不計(jì)的細(xì)長(zhǎng)金屬絲一端固定于O點(diǎn),另一端懸掛球P,無(wú)風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲豎直,恰與電阻絲在B點(diǎn)接觸,有風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲將偏離豎直方向,細(xì)金屬絲與電阻絲始終保持良好的導(dǎo)電接觸。研究小組的同學(xué)對(duì)此裝置分析中,知道金屬球單位面積上所受到的水平風(fēng)力大小與電壓表的讀數(shù)成正比,空氣密度為1.3kg/m
3,沙的密度為2.5×10
3kg/m
3。他們對(duì)決定金屬球單位面積上所受到的風(fēng)力大小的因素,進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)研究:
①在含沙量相同條件下,改變風(fēng)速,記錄不同風(fēng)速下電壓表的示數(shù)如下:
風(fēng)速(m/s)
| 5
| 10
| 15
| 20
|
電壓表示數(shù)(V)
| 0.6
| 2.4
| 5.4
| 9.6
|
②在風(fēng)速大小相同條件下,改變風(fēng)中空氣的含沙量,記錄不同含沙量下電壓表的示數(shù)如下:
含沙量(kg/m3)
| 1.1
| 2.2
| 3.3
| 4.4
|
電壓表示數(shù)(V)
| 2.3
| 3.5
| 4.6
| 5.8
|
(1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,試推導(dǎo)出單位面積上所受到的風(fēng)力大小的關(guān)系式?(設(shè)比例系數(shù)為
k)
(2)若(1)中的比例系數(shù)
k的大小為0.5,已知:車廂的高度為3m,車廂的長(zhǎng)度為25m,車廂質(zhì)量為50t,鐵軌間距為1.5m,1m
3沙塵暴中含沙塵2.7kg,請(qǐng)根據(jù)(1)中的關(guān)系式計(jì)算當(dāng)時(shí)的風(fēng)速至少為多大?