题目内容

【题目】汽车进站,火车进站,都是轻而易举的事,因为它们都有刹车装置。那么轮船是浮在水面上的,它又没有刹车装置,遇到紧急情况要想停下来,该怎么做呢?如果水是流动的,轮船采用抛锚和主机开倒车的办法,可以迫使船停下来。如果轮船发生故障失去动力,则采用机械拖拽的方式。如图1所示,人在岸上抓住绳上的点以速度。水平向左匀速拉动轻绳,绳跨过定滑轮拉着在水面上向左移动的小船,若已知某一瞬间绳与水平方向的夹角为。

(1)此时小船的速度为多大?

(2)为什么要将的运动分解到沿垂直绳方向和沿绳方向?

(3)若不是将的运动沿垂直绳方向和沿绳方向正交分解,而是用如图2所示的斜交分解,行不行?

【答案】(1);(2)见解析;(3)见解析

【解析】

(1)将的运动分解到沿垂直绳方向和沿绳方向,如图所示:

由于沿绳方向两物体速度大小相等所以,即:

解得

(2)当人拉绳从点运动到点时,运动到,的实际运动是水平向左的,但是我们可以将其想象成小船先沿圆弧(以为圆心为半径,长度不变)运动至(此过程中点不动),然后沿绳向上运动至(此过程中人拉绳从点运动到点),如图所示:

由于绳不可伸长,故有,即若将的运动分解到沿圆弧(垂直绳)和沿半径(沿绳)方向,则必有沿绳方向两物体速度相等的结论:,即

解得

(3)若不是正交分解,而是斜交分解,如图所示:

则,而。故此时就有中,。因此,要用这个结论,就必须把的速度沿绳、垂直绳正交分解。

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