题目内容

【题目】在交通出行中,人们广泛使用导航软件,一货车正以20 m/s的速度行驶在平直的公路上,司机听到导航右转提示音后2 s开始刹车,刹车后0.5 s内货车的速度随时间变化的规律为v=20-4t2(m/s),刹车0.5 s后货车做匀减速直线运动,到达转弯处时恰以5 m/s的速度无侧滑趋势的进入外高内低的弯道。已知弯道宽度为5 m,货车转弯时的轨道半径为50 m,重力加速度g=10 m/s2,货车可视为质点,θ很小时,tan θ=sin θ,求:

(1)公路弯道的内外高度差;

(2)根据加速度的定义式推导刹车后0.5 s内货车的加速度与时间的关系式;

(3)司机听到提示音时,货车距弯道的距离(刹车后的0.5 s内可以用初末速度的平均值代替该段时间的平均速度)。

【答案】(1)h=0.25 m (2) a=-8t (3)x=91.75 m

【解析】

(1)货车恰好无侧滑趋势进入弯道

mgtan θ=m

解得

tan θ=0.05

由于θ较小,可认为tan θ=sin θ

h=dsin θ

解得

h=0.25 m

(2)货车刹车后0.5 s内,某时刻的速度

v1=20-4t2

取一小段时间Δt后的速度

v′=20-4(t+Δt)2

根据加速度的定义式

a=

解得

a=-8 t (m/s2)

(3)货车刹车前运动的位移

x1=v0t1=40 m

刹车后0.5 s时的速度

v2=20-4=19 m/s

货车刹车后0.5 s内的位移

x2=t2=9.75 m

货车刹车0.5 s后的加速度

a=-8t2=-4 m/s2

v2-=2ax3

x3=42 m

司机听到提示音时,货车距弯道的距离

x=x1+x2+x3=91.75 m

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