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在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小,其原理如图所示.仪器中有一根轻质金属丝,悬挂着一个金属球.无风时,金属丝竖直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一个角度.风力越大,偏角越大.通过传感器,就可以根据偏角的大小指示出风力大小.那么,风力大小F跟小球质量m、偏角θ之间有什么关系呢?
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以小球为研究对象,受力分析如图,由水平方向上的合力Fx合和竖直方向上的合力Fy合分别等于零,即
Fx合=Tsinθ-F=0,
Fy合=Tcosθ-mg=0.
有Tsinθ=F,Tcosθ=mg,
两式相比,得F=mgtanθ.
由所得结果可见,当小球质量m一定时,偏角θ只跟风力F有关.因此,根据偏角θ的大小就可以指示出风力的大小.
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