题目内容

“引体向上运动”是同学们经常做的一项健身运动,如图所示,质量为m的某同学两手正握单杠,开始时,手臂完全伸直,身体呈自然悬垂状态,此时他的下颚距单杠面的高度为H,然后他用恒力F向上拉,下颚必须超过单杠面方可视为合格。已知H=0.6m,m=60kg,重力加速度g=10m/s2。不计空气阻力,不考虑手臂弯曲而引起人的重心位置的变化。

(1)第一次上拉时,该同学持续用力,经过t=1s时间,下颚到达单杠面,求该恒力F的大小及此时他的速度大小;

(2)第二次上拉时,用恒力F′=720N拉至某位置时,他不再用力,而是依靠惯性继续向上运动,为保证此次引体向上合格,恒力F′的作用时间至少为多少?

(1)第一次上拉时,该同学向上匀加速运动,设他上升的加速度大小为a1,下鄂到达单杠面时的速度大小为v,由牛顿第二定律及运动学规律可得:

F-mg=ma1       1分  H=a1t2           1分

v=a1t         1分             联立上式可得:F=672N        1分

v=1.2m/s        1分

(2)第一次上拉时,设上拉时的加速度大小为a2,恒力至少作用的时间为tmin,上升的位移为x1,速度为v1,自由上升时位移为x2,根据题意可得:

F/-mg=ma2      (1分)   x1+x2=H          (1分)

x1=a2tmin2        (1分)     v12=2gx2           (1分)

v1=a2tmin          (1分)      联立上式可得:tmin=0.71s    (1分)

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