题目内容
一长木板在水平地面上运动,在t=0时刻将一相对于地面精致的物块轻放到木板上,以后木板运动的速度-时间图像如图所示。己知物块与木板的质量相等,物块与木板间及木板与地面间均有靡攘.物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上。取重力加速度的大小g=10m/s2求:
(1) 物块与木板间;木板与地面间的动摩擦因数;
(2) 从t=0时刻到物块与木板均停止运动时,物块相对于木板的位移的大小.
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(1)从t=0s时开始,木板与物块之间的摩擦力使物块加速,使木板减速,此过程一直持续到物块和木板具有共同速度为止。
由图可知,在t1=0.5s时,物块和木板的速度相同。设t=0到t=t1时间间隔内,物块和木板的加速度大小分别为a1和a2,则
①
②
式中v0=5m/s、v1=1m/s分别为木板在t=0、t=t1时速度的大小。
设物块和木板的质量为m,物块和木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,由牛顿第二定律得
③
④
联立①②③④式得
⑤
⑥
(2)在t1时刻后,地面对木板的摩擦力阻碍木板运动,物块与木板之间的摩擦力改变方向。设物块与木板之间的摩擦力大小为f,物块和木板的加速度大小分别为
和
,则由牛顿第二定律得
⑦
⑧
假设f<μ1mg,则
=
;由⑤⑥⑦⑧式得f=μ2mg>μ1mg,与假设矛盾。故
⑨
由⑦⑨式可知,物块加速度的大小
等于a1;物块的v-t图像如图中点划线所示。由运动学公式可推知,物块和木板相对于地面的运动距离分别为
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物块相对于木板的位移的大小为s=s2-s1
联立以上式解得:s=1.125m
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