5.
人类总想追求更快的速度,继上海磁悬浮列车正式运营,又有人提出了新设想“高速飞行列车”,并引起了热议。如图所示,“高速飞行列车”拟通过搭建真空管道,让列车在管道中运行,利用低真空环境和超声速外形减小空气阻力,通过磁悬浮减小摩擦阻力,最大时速可达\(4\)千公里。我们可以用高中物理知识对相关问题做一些讨论,为计算方便,取“高速飞行列车”\((\)以下简称“飞行列车”\()\)的最大速度为\(v_{1m}=1000m/s\);取上海磁悬浮列车的最大速度为\(v_{2m}=100 m/s\);参考上海磁悬浮列车的加速度,设“飞行列车”的最大加速度大小为\(a=0.8m/s^{2}\)。
\((1)\)若“飞行列车”在北京和昆明\((\)距离为\(L=2000km)\)之间运行,假设列车加速及减速运动时保持加速度大小为最大值,且功率足够大,求从北京直接到达昆明的最短运行时间\(t\)。
\((2)\)列车高速运行时阻力主要来自于空气阻力,因此我们采用以下简化模型进行估算:设列车所受阻力正比于空气密度、列车迎风面积及列车相对空气运动速率的平方;“飞行列车”与上海磁悬浮列车都采用电磁驱动,可认为二者达到最大速度时功率相同,且外形相同。在上述简化条件下,求在“飞行列车”的真空轨道中空气的密度\({{\rho }_{1}}\)与磁悬浮列车运行环境中空气密度\({{\rho }_{2}}\)的比值。\((\)忽略列车运动对空气的影响\()\)