题目内容
在平直的公路上,两个人要将质量m=1000kg的货物装进离地面高h=1m的卡车车厢内,他们找到一个长为L=5m的斜面,但是没有其他更多可借助的工具.假设货物在水平面和斜面的连接处通过时没有能量损失,货物在接触面上滑动时所受的摩擦阻力恒为货物的重力的0.12倍,两人的最大推力各为800N,他们能否将货物直接推进车厢?你能否帮他们将此方案加以改进,设计一个可行的方案?(g取10m/s2)
两个人的最大推力为Fm=2F=1600N
货物所受摩擦力始终为Ff=0.12G=1200N.
又重力沿斜面向下的分力为Fx=mgsinθ=mg
=2000N.
由于Fm<Ff+Fx,故两人不可能直接将货物推上斜面.
注意到Fm>Ff,我们可以让货物先在水平面上作匀加速运动,使货物在滑上斜面之前已经获得速度,然后匀减速滑动斜面顶端.
设货物在水平面上作匀加速直线运动的距离为s,在此运动过程中,由牛顿第二定律得Fm-f=ma1,则货物在水平面上作加速运动所获得的速度为v=
.
货物滑上斜面后作匀减速运动,设其加速度大小为a2,则由牛顿第二定律得Fx+f-Fm=ma2,其中Fx为货物重力的下滑分力,fx=Gsinα═G
要使货物恰好能滑到顶端,则有v=
.
所以,货物在水平面上加速的距离应为s=
L=
,代入数据即可求得s=20m.
故可设计方案为:两人用最大推力使货物在水平面上至少滑行20m后再推物体滑上斜面.
货物所受摩擦力始终为Ff=0.12G=1200N.
又重力沿斜面向下的分力为Fx=mgsinθ=mg
| h |
| L |
由于Fm<Ff+Fx,故两人不可能直接将货物推上斜面.
注意到Fm>Ff,我们可以让货物先在水平面上作匀加速运动,使货物在滑上斜面之前已经获得速度,然后匀减速滑动斜面顶端.
设货物在水平面上作匀加速直线运动的距离为s,在此运动过程中,由牛顿第二定律得Fm-f=ma1,则货物在水平面上作加速运动所获得的速度为v=
| 2a1s |
货物滑上斜面后作匀减速运动,设其加速度大小为a2,则由牛顿第二定律得Fx+f-Fm=ma2,其中Fx为货物重力的下滑分力,fx=Gsinα═G
| h |
| L |
要使货物恰好能滑到顶端,则有v=
| 2a2L |
所以,货物在水平面上加速的距离应为s=
| a2 |
| a1 |
| (Fx+f-Fm)L |
| Fm-f |
故可设计方案为:两人用最大推力使货物在水平面上至少滑行20m后再推物体滑上斜面.
练习册系列答案
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汽车启动的快慢和能够达到的最大速度,是衡量汽车性能指标体系中的两个重要指标.汽车启动的快慢用车的速度从0到100 km/h的加速时间来表示,这个时间越短,汽车启动时的加速度就越大.下表中列出了两种汽车的性能指标(100 km/h取为30 m/s).
| | 启动的快慢/s (0~30 m/s的加速时间) | 最大速度/m·s-1 |
| 甲车 | 12 | 40 |
| 乙车 | 6 | 50 |
则:(1)t0应该为多少?
(2)在此条件下,两车相遇时甲车行驶的路程是多少?