风扇可以90度旋转均匀出风,其角速度按正弦规律变化,在哪个角度感受到的平均风力最大?
2023-07-19 阅读 37
在风扇旋转的过程中,角速度按正弦规律变化,即角速度随时间的变化可以表示为一个正弦函数。假设风扇的角速度的最大值为ω_max,最小值为ω_min,周期为T。
根据正弦函数的性质,角速度的变化可以表示为ω(t) = (ω_max - ω_min) * sin(2πt/T) + (ω_max + ω_min)/2。
风力与角速度成正比,即风力F与角速度ω的关系可以表示为F = k * ω,其中k为常数。
平均风力可以用积分来表示,即平均风力F_avg = (1/T) * ∫[0, T] F(t) dt,其中F(t)为在时间t时刻的风力。
将F(t)代入上式,得到平均风力F_avg = (1/T) * ∫[0, T] k * ω(t) dt。
将ω(t)代入上式,得到平均风力F_avg = (1/T) * ∫[0, T] k * [(ω_max - ω_min) * sin(2πt/T) + (ω_max + ω_min)/2] dt。
对上式进行积分,得到平均风力F_avg = (k/T) * [(ω_max - ω_min) * (-T/(2π) * cos(2πt/T)) + (ω_max + ω_min)/2 * t] |[0, T]。
化简上式,得到平均风力F_avg = (k/T) * [(ω_max - ω_min) * (-T/(2π) * cos(2π) + T/(2π)) + (ω_max + ω_min)/2 * T]。
化简上式,得到平均风力F_avg = (k/T) * [(ω_max - ω_min) * T/(2π) + (ω_max + ω_min)/2 * T]。
化简上式,得到平均风力F_avg = k * [(ω_max - ω_min)/(2π) + (ω_max + ω_min)/2]。
由上式可知,平均风力与角速度的最大值和最小值有关。当(ω_max - ω_min)/(2π) + (ω_max + ω_min)/2取得最大值时,平均风力最大。
因此,在哪个角度感受到的平均风力最大,取决于角速度的最大值和最小值。
更新于 2023年07月19日