题目内容
【题目】如图所示,在某平台上,货物A以v0=10 m/s的初速度从左端滑上静止在光滑轨道的货车,已知货物质量m=20 kg,货车质量M=30 kg,货车高h=0.8 m。在光滑轨道上有一固定的挡板,轨道右侧边缘处斜靠一木板,当货车撞到挡板时会被粘住不动,而货物就被抛出,恰好沿木板方向落在平台边缘并沿木板滑下。已知货车上表面与货物间的动摩擦因数μ=0.5,货物可视为质点,挡板厚度不计,且与货车等高。斜靠的木板与水平面夹角为53°。(sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g取10 m/s2)
(1)求货物做平抛运动的时间;
(2)求货物做平抛运动的水平距离;
(3)若货车在碰到挡板之前已经与货物达到共同速度,则货车的长度是多少?
【答案】(1)0.4 s (2)1.2 m (3)6.7 m
【解析】 (1)货物从货车上滑出之后做平抛运动,竖直方向有h=gt2
解得t==0.4 s
(2)将货物落至木板时的速度进行分解,有vy=gt=10×0.4 m/s=4 m/s
故货物做平抛运动的水平距离x=vxt=3×0.4 m=1.2 m
(3)在货车撞到挡板之前,货车与货物已经到达共同速度,根据牛顿第二定律:
对货物:μmg=ma1
解得a1=μg=0.5×10 m/s2=5 m/s2
对货车:μmg=Ma2
解得
当具有共同速度时有:
v0-a1t′=a2t′
代入数据解得:t′=1.2 s
所以共同速度v=a2t′=4 m/s
设相对位移为L,根据能量守恒定律得
联立解得L=6 m
货车被粘住之后,货物继续在货车上滑行,直到滑出过程,根据动能定理:
解得货物继续滑行的距离s′=0.7 m
所以货车的长度为L+s′=(6+0.7) m=6.7 m
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