题目内容

两个人要将质量为M = 1000 kg的货物装进离地高h = 1 m的卡车车厢内,他们找到了一个长为L = 5 m的斜面,但是没有其他更多可以借助的工具。假设货物在任何情况下所受的摩擦阻力恒为货物重力的0.12倍,两个人的最大推力各为800 N。问:他们能否将货物装进车厢?你能否帮助他们设计一个可行的方案?(g取10 m/s2

两个人用最大的推力使货物在水平轨道上至少滑行20 m后,进入斜坡,可以匀减速到达斜面顶端而进入车厢


解析:

最简单的方案是直接将货物沿斜面推进车厢,但此方案是否可行?需要通过计算来验证。

两个人的最大推力为:Fm = 2F = 1600 N ,

货物所受的摩擦阻力始终为:f = 0.12 G = 1200 N ,

又重力沿斜面向下的分力为:Fx = mg sinθ = mg  = 2000 N ,

显然,由于Fm < f + Fx ,两个人不可能将货物直接推上斜面。货物在斜面上只会做减速运动,所以,要使它能滑上斜面,必须给予一定的初速度。

由于Fm > f ,所以可使货物在水平面上作匀加速运动,获得初速度v,然后匀减速滑到斜面顶端。

设货物在水平面上匀加速的距离为s,在此运动过程中,由牛顿运动定律得到:   

Fm – f = ma1

则货物在水平面上作运动所获得的初速度为:v =

货物滑上斜面后做匀减速运动,其加速度可以由牛顿运动定律求得:    

f + Fx - Fm = ma2

要使货物恰能滑到斜面顶端,则有:v =

所以,货物在水平面上加速的距离应为:

s =  = L

代入数据,得:s = 20 m

故可设计的方案为:两个人用最大的推力使货物在水平轨道上至少滑行20 m后,进入斜坡,可以匀减速到达斜面顶端而进入车厢

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