鸵鸟是当今世界上最大的鸟.有人假设说,如果鸵鸟能长出一副与身体大小成比例的翅膀,就能飞起来.物理学得出：飞翔的必要条件是空气的上举力F至少与体重G＝mg相等.鸟煽动翅膀,生物学得出

Question

鸵鸟是当今世界上最大的鸟.有人假设说,如果鸵鸟能长出一副与身体大小成比例的翅膀,就能飞起来.物理学得出：飞翔的必要条件是空气的上举力F至少与体重G＝mg相等.鸟煽动翅膀,生物学得出：获得上举力的大小可以表示为：F=csV2,式中s为翅膀展开后的面积,V为鸟的飞行速度,而c是一个比例常数.可以作一个简单的几何相似形假设：设鸟的几何线度为L,那么其质量m L3,而翅膀面积s L2,已知小燕子的最小飞行速度是5．5m/s,鸵鸟的最大奔跑速度为11．5m/s：,又测得鸵鸟的体长是小燕子的25倍,如果鸵鸟真的长出一副与身体大小成比例的翅膀,并假设它能真的飞起来,①请估算其飞行速度.②起飞需要什么条件.

Answer 1

作为物理教师需要知道鸵鸟不仅应该有合适的翅膀,还应该有尾羽才能飞起来.鸵鸟刚好能飞起来的临界速度应满足：
上举力等于重力,F=G,即csV2=mg ①
V=根号(mg/cs) ,因为c、g是常数,所以v正比于根号(m/s) ②
已知m正比于L的3次方、s正比于L的2次方代入②得V正比于根号L③
设小燕子几何线度为L1,最小飞行速度是V1; 鸵鸟几何线度为L2,最小飞行速度是V2
则有V1/V2=根号(L1/L2)=根号(1/25)=1/5 ④
鸵鸟飞行速度V2=5*V1 = 5*5.5 =27.5(m/s) ⑤
而鸵鸟最大速度=11.5m/s