問題詳情:
在水平長直的軌道上,有一長度的平板車,質量,在外力控制下始終以的速度做勻速直線運動,某時刻將一質量為的小滑塊輕放到車上的中點,滑塊與車面間的動摩擦因數為,求:
(1)為使滑塊恰好不從車的左端掉下,當滑塊放到車上中點的同時對該滑塊施加一個恆力F,該恆力F最小值及作用時間;
(2)若,為使滑塊不從車上掉下,則力F作用的時間應在什麼範圍。
【回答】
(1)6 N;0.5 s
(2)
解析:(1)小滑塊剛到達車左端時與車速度相同,對應的力F最小,設這種情況下,小滑塊從放上車至與車速度相等經歷的時間為t,加速度為a,則
車在時間t內位移:
小滑塊在時間t內位移:
則:
聯立解得:
根據牛頓第二定律得:
解得
(2)當F作用時間最短時,滑塊到達車左端時恰好與車速度相同,設F作用時間為,對應的滑塊的加速度為,此後滑塊加速度為,繼續相對車滑行的時間為,則由牛頓第二定律得:
時間內小滑塊的位移:
時間內小滑塊的位移:
車在整個時間內的位移:
速度關係:
位移關係:
由以上各式可解得:。
當F作用時間最長時,小滑塊滑到車右端時與車速度相等,設小滑塊從開始到速度達到經歷的時間為,發生的位移為,速度達到後的加速度為,經歷的時間為,發生的位移為,之後撤去F,小滑塊繼續相對車滑行的時間為,發生的位移為,則:
,
由以上各式解得:,
故F作用的最長時間,
綜上,力F作用的時間範圍為:。
知識點:牛頓運動定律的應用
題型:計算題