(14分)如图所示,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、OB两段直杆通过光滑转轴连接地O处,可将消防员和挂钩均理想化为质点,且通过O点的瞬间没有机械能的损失。AO长为=5m,OB长为
=10m。两堵竖直墙的间距
=11m。滑杆A端用铰链固定在墙上,可自由转动。B端用铰链固定在另一侧墙上。为了安全,消防员到达对面墙的速度大小不能超过6m/s,挂钩与两段滑杆间动摩擦因数均为
=0.8。(
=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)若测得消防员下滑时,OB段与水平方向间的夹角始终为37°,求消防员在两滑杆上运动时加速度的大小及方向;
(2)若B端在竖直墙上的位置可以改变,求滑杆端点A、B间的最大竖直距离。
(1)在AO段运动的加速度为3.2 m/s2,方向沿AO杆向下;
在OB段运动的加速度为-0.4 m/s2,方向沿BO杆向上。
(2)10.2m
(1)设杆OA、OB与水平方向夹角为α、β,由几何关系:d=L1cosα+L2cosβ(1分)
得出AO杆与水平方向夹角α=53° (1分)
由牛顿第二定律得mgsinθ-f=ma (1分)
f=μN N=μmgcosθ (1分 )
在AO段运动的加速度:a1=gsin53°-μgcos53°=3.2 m/s2,方向沿AO杆向下。(2分)
在OB段运动的加速度:a2=gsin37°-μgcos37°=-0.4 m/s2,方向沿BO杆向上。(2分)
(2)对全过程由动能定理得mgh-μmgL1cosα-μmgL2cosβ=-0(2分)
其中d=L1cosα+L2cosβ,v≤6 m/s(1分)
所以:≤ 10.6m(1分)
又因为若两杆伸直,AB间的竖直高度为
(1分)
所以AB最大竖直距离应为10.2m。(1分)