题目内容

34.一传送带装置示意如图,其中传送带经过AB区域时是水平的,经过BC区域时变为圆弧形(圆弧由光滑模板形成,未画出),经过CD区域时是倾斜的,ABCD都与BC相切。现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上,放置时初速为零,经传送带运送到D处,DA的高度差为h。稳定工作时传送带速度不变,CD段上各箱等距排列,相邻两箱的距离为L。每个箱子在A处投放后,在到达B之前已经相对于传送带静止,且以后也不再滑动(忽略经BC段时的微小滑动)。已知在一段相当长的时间T内,共运送小货箱的数目为N。这装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦。求电动机的平均输出功率

34.解:

以地面为参考系(下同),设传送带的运动速度为v0,在水平段运输的过程中,小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动,设这段路程为s,所用时间为t,加速度为a,则对小箱有

s=at2/2                                                                             

v0=at                                        

在这段时间内,传送带运动的路程为

s0=v0t                                        

由以上可得

s0=2s                                         

f表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力,则传送带对小箱做功为

A=fs=/2                               ⑤

传送带克服小箱对它的摩擦力做功

A0=fs0=2·/2                       ⑥

两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量

Q=/2                                          ⑦

可见,在小箱加速运动过程中,小箱获得的动能与发热量相等。

T时间内,电动机输出的功为

W=T                                     

此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热,即

W=N/2+Nmgh+NQ               

已知相邻两小箱的距离为L,所以

v0T=NL                                     

联立⑦⑧⑨⑩,得

                          =[(N2L2/T2)+gh]/T


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