题目内容

如图10所示,在一次消防演习中,消防员练习使用挂钩从高空沿滑杆由静止滑下,滑杆由AO、BO两段直杆通过光滑转轴连接于O处,消防员通过O处瞬间没有机械能的损失.AO长为L1=5 m,BO长为L2=10 m.两个竖直墙壁M、N间距d=11 m,滑杆A端固定于M上,离地面高为18 m不动,且能绕结点自由转动.B端固定在N上.为了安全,消防员到达对面墙N时的速度大小不能超过6 m/s,挂钩与两段滑杆间动摩擦因数均为μ=0.8.(g=10 m/s2)

图10

(1)求滑杆端点A、B间的最大竖直距离;

(2)若测得BO与墙N间夹角γ=53°,求消防员在两滑杆上运动时加速度的大小及方向.

解析:(1)设杆OA、OB与水平方向夹角为α、β,则全过程由动能定理得,

mgh-μmgL1cosα-μmgL2cosβ=mv2/2                                            ①

d=L1cosα+L2cosβ                                                             ②

其中v2≤6 m/s  所以:h=v2/2g+μd≤10.6 m                                       ③

(2)由牛顿第二定律得mgsinθ-μmgcosθ=ma                                      ④

所以a=gsinθ-μgcosθ

在AO段运动时有d=L1cosα+L2sinv,

得cosα=0.6,AO杆与水平方向夹角α=53°,

a1=gsin53°-μgcos53°=3.2 m/s2                                                 ⑤

方向沿AO杆向下a2=gsin37°-μgcos37°=-0.4 m/s2                                ⑥

方向沿BO杆向上

答案:(1)10.6 m  (2)OA杆a1=3.2 m/s2,方向沿AO杆向下;OB杆a2=0.4 m/s2,方向沿BO杆向上.


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