一个半球体状的雪堆,其体积融化的速率与半球面面积S成正比,比例常数K>0。假设在融化过程中雪堆始终保持半球体状,已知半径为r0的雪堆在开始融化的3小时内,融化了其体积的7/8,问雪堆全部融化需要多少小时?

admin2018-04-14  71

问题 一个半球体状的雪堆,其体积融化的速率与半球面面积S成正比,比例常数K>0。假设在融化过程中雪堆始终保持半球体状,已知半径为r0的雪堆在开始融化的3小时内,融化了其体积的7/8,问雪堆全部融化需要多少小时?

选项

答案半球形雪堆在时刻t时设其半径为r,则半球体积V=2/3πr3,侧面积S=2πr2。由题设体积融化的速率与半球面面积S成正比,知:dV/dt=-KS。 由于r是t的函数,dV/dt=d/dt(1/3πr3)=2πr2dr/dt,代入上式,得:2πr2dr/dt=-KS,即2πr2dr/dt-K.2πr2,从而dr=-Kdt,r|t=0=r0。 积分得r=-Kt+C,把r|t=0=r0代入,得C=r0,所以r=-Kt+r0。 又半径为r0的雪堆在开始融化的3小时内,融化了其体积的7/8,即V|t=3=V0-[*]V0=1/8v0,其中V0表示t=0时的V。以V的公式代入上式,为 V|t=3=2/3πr3|t=3=1/8.2/3πr03, 将r=-Kt+r0(代入上式,两边约去2/3π,得: (-Kt+r0)3=1/8r03,即-Kt+r0=1/2r0, 从而求得:K=1/6r0,于是r=-Kt+r0=-1/6r0t+r0=r0(1-[*]),当t=6时r=0,雪融化完。

解析
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