题目内容

据报道,一儿童玩耍时不慎从45 m高的阳台上无初速掉下,在他刚掉下时恰被楼下一社区管理人员发现,该人员随即迅速由静止冲向儿童下落处的正下方楼底,准备接住儿童.已知管理人员到楼底的距离为18m,为确保能稳妥安全接住儿童,管理人员将尽力节约时间,但又必须保证接住儿童时没有水平方向的冲击.不计空气阻力,将儿童和管理人员都看作质点,设管理人员奔跑过程中只做匀速或匀变速运动,g取10m/s2.

(1)管理人员至少用多大的平均速度跑到楼底?

(2)若管理人员在奔跑过程中做匀加速或匀减速运动的加速度大小相等,且最大速度不超过9 m/s,求管理人员奔跑时加速度的大小需满足什么条件?

解:(1)对儿童下落过程,由运动学公式得:

h=g  ① 

管理人员奔跑的时间t≤t0  ②

对管理人员奔跑过程,由运动学公式得:s=t  ③ 

由①②③并代入数据解得:6 m/s 

即管理人员至少用6 m/s的平均速度跑到楼底.

(2)假设管理员先匀加速接着匀减速奔跑到楼底,奔跑过程中的最大速度v0,由运动学公式得:

= 

得v0=2=12 m/s>vm=9 m/s 

故管理人员应先匀加速到vm=9 m/s,再匀速,最后匀减速奔跑到楼底. 

设匀加速、匀速、匀减速过程的时间分别为t1、t2、t3,位移分别为s1、s2、s3.

由运动学公式得:s1=a  ④

s3=a  ⑤

s2=vmt2  ⑥ 

vm=at1=at3  ⑦ 

又t1+t2+t3≤t0  ⑧ 

s1+s2+s3=s  ⑨ 

由④⑤⑥⑦⑧⑨并代入数据得:a≥9m/s2


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