问题1: 假设无人机以平行于水平面的方式飞行,在空中投放物资(物资为球形,半径20cm,重量50kg)到达地面指定位置。 (1)建立数学模型,给出无人机投放距离(投放物资时无人机与地面物资指定落地点之间的直线距离)与无人机飞行高度、飞行速度、空气阻力等之间的关系。
时间: 2023-06-20 19:07:45 浏览: 117
2022年电工杯B题5G 网络环境下应急物资配送问题
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这是一个典型的物理问题,可以利用牛顿运动定律和空气阻力公式建立数学模型。假设无人机的飞行高度为$h$,飞行速度为$v$,物资的质量为$m$,空气密度为$\rho$,空气阻力系数为$k$,重力加速度为$g$,投放距离为$d$。
首先,物资受到重力和空气阻力的合力,其运动方程可以表示为:
$$ m \frac{d^2y}{dt^2} = mg - \frac{1}{2} \rho \pi r^2 k \frac{dy}{dt}^2 $$
其中,$y$表示物资在垂直方向上的位移。
根据初速度为0,位移为$d$的自由落体运动公式,可得:
$$ d = \frac{1}{2} gt^2 $$
解出$t$,代入上面的物体运动方程,可得:
$$ \frac{dy}{dx} = \sqrt{\frac{2g}{k}} \tanh\left(\sqrt{\frac{kg}{2}} x \right) $$
其中,$x$表示无人机飞行距离,$y$表示物资的高度。
根据勾股定理和两点之间的距离公式,可以得到:
$$ d = \sqrt{x^2 + y^2} $$
将上式中的$y$代入上面的物体运动方程,可得:
$$ x = \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{k}v} \int_{0}^{h} \frac{\sqrt{1+\frac{kg}{2v^2}y}}{\sqrt{h-y}} dy $$
综上所述,无人机投放距离与飞行高度、飞行速度、空气阻力系数等因素有关,可以通过上面的公式进行计算。
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