题目内容

4.当前,高楼遇险逃生措施及训练引起高度关注.有人设想在消防云梯上再伸出轻便的滑竿解救受困人员,解决云梯高度不够高的问题.如图所示,在一次消防演习中模拟解救被困人员,为了安全,被困人员使用安全带上挂钩挂在滑竿上从高楼A点沿滑杆下滑逃生.滑杆由AO、OB两段直杆通过光滑转轴在O处连接,将被困人员和挂钩理想化为质点,且通过O点的瞬间没有机械能的损失.AO长为L1=5m,OB长为L2=10m.竖直墙与云梯上端点B的间距d=11m.滑杆A端用挂钩钩在高楼的固定物上,可自由转动.B端用铰链固定在云梯上端.挂钩与两段滑杆间动摩擦因数均为μ=0.8.(g=10m/s2)
(1)若测得OB与竖直方向夹角为53°,求被困人员在滑杆AO上下滑时加速度的大小及方向?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(2)为了安全,被困人员到达云梯顶端B点的速度大小不能超过6m/s,若A点高度可调,竖直墙与云梯上端点B的间距d=11m不变,求滑杆两端点A、B间的最大竖直距离?

分析 (1)对AO由几何关系可求得夹角,对人受力分析可求得加速度的大小及方向;
(2)对全程由动能定理可得出重力及摩擦力做功与动能的关系,由几何关系可求得最大距离.

解答 解:(1)设杆OA、OB与水平方向夹角为α、β,由几何关系:
  d=L1cosα+L2cosβ
得出AO杆与水平方向夹角 α=53°                    
由牛顿第二定律得 mgsinθ-μmgcosθ=ma               
在AO段运动的加速度:a=gsin53°-μgcos53°=3.2 m/s2    
方向沿AO杆向下.                              
(2)设滑竿两端点AB的最大竖直距离为h,对下滑全过程由动能定理得:
mgh-μmgL1cosα′-μmgL2cosβ′=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$-0         
其中d=L1cosα′+L2cosβ′=11,v≤6 m/s
所以:h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$+μd≤10.6m                          
又因为若两杆伸直,AB间的竖直高度为:
h′=$\sqrt{({L}_{1}+{L}_{2})^{2}-{d}^{2}}$=$\sqrt{104}$m≈10.2m<10.6m                             
所以AB间最大竖直距离应为:hm=10.2m.                  
答:(1)被困人员在滑杆AO上下滑时加速度的大小为3.2 m/s2,方向沿AO杆向下.      
(2)滑杆两端点A、B间的最大竖直距离是10.2m.

点评 本题重点在于对几何关系的认识,要注意找出题目中的临界条件,再结合能量关系即可求出所要求的量来

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