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?
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(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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