题目内容

【题目】如图所示,某工地要把质量为m1=30kg 的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的四分之一光滑圆轨道,使货物从圆轨道顶 端无初速滑下,轨道半径R=1.8m,地面上紧靠圆轨道依次排放三个完全相同的木板 A、B、C,长度均为 L=2m,质量均为m2=20kg,木板上表面与圆轨道末端相切。货物与木板间的 动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.3(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取 g=10 m/s2)

(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力;

(2)若货物滑上木板 A 时,木板不动,而滑上木板 B 时,木板 B 和 C开始滑动, 求 μ1应满足的条件;

(3)若μ1=0.8,求货物滑到模板A右端时的速度大小。

【答案】(1)900N(2)(3)2m/s

【解析】

(1)设货物滑到圆轨道未端是的速度为v0,对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得,

mgR=m1v02 ①

设货物在轨道未端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得,

FN-m1g= ②

联立①②式代入数据得

FN=900N

根据牛顿第三定律,货物到达圆轨道未端时对轨道的压力大小为900N,方向竖直向下。

(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得

μ1m1g≤μ2(m1+3m2)g ③

若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得

μ1m1g>μ2(m1+2m2)g ④

联立③④式代入数据得

0.7<μ1≤0.9 ⑤

(3)当μ1=0.8时,由⑤式可知,货物在木板A上滑动时,木板不动。设货物在木板A上做匀减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得

a1=μ1g ⑥

设货物滑到木板A右端时速度为v1,由运动学公式得

=-2a1 ⑦

联立①⑥⑦式代入数据得

v1=2m/s

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