(A)如图所示,传送带与地面夹角θ=37°,从A到B长度为16m,在传送带上端A无初速地放一个质量为m=0.5kg的物体,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2)
(1)如传送带保持静止,求物体沿传送带下滑的加速度和时间;
(2)如传送带以v0=10m/s的速率逆时针转动.求物体从A运动到B需要的时间;
(3)传送带以多大的速度逆时针转动时,物体从A运动到B需要的时间最短.
(1)传送带静止时,物体受到沿斜面向上的滑动摩擦力作用,由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma,
得加速度a=g(sinθ-μcosθ)=2m/s2
由S=
at2,1 2
得t=
=4s2S a
(2)如传送带以v0=10m/s的速率逆时针转动,物体开始时受到沿斜面向下的滑动摩擦力,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgcosθ=ma1,
加速度为a1=10m/s2
则物体加速到速度与传送带相同所经历的时间为 t1=
=1s,v0 a1
此过程通过的位移为 s1=
a11 2
=5m,t 21
由于μ=0.5<tan37°,则速度相同后物体继续向下做匀加速运动,所受的滑动摩擦力将沿斜面向上,则有
mgsinθ-μmgcosθ=ma2,
解得 加速度为 a2=2m/s2
由 11=v0t2+
a21 2
,解得,t2=1s,t 22
故物体从A运动到B需要的时间为t=t1+t2=2s
(3)物体从A运动到B一直以加速度a1=10m/s2匀加速运动需要的时间最短,设最短时间为tmin,则
S=
a11 2 t 2min
得tmin=
=2S a1
s3.2
当物体到达传送带底端速度恰好与传送带速度相同时,传送带速度为v=a1tmin=10
m/s,则传送带的速度大于等于3.2
10
m/s逆时针转动时,物体从A运动到B需要的时间最短.3.2
答:
(1)如传送带保持静止,物体沿传送带下滑的加速度是2m/s2,时间是4s;
(2)如传送带以v0=10m/s的速率逆时针转动.物体从A运动到B需要的时间是2s;
(3)传送带的速度大于等于10
m/s逆时针转动时,物体从A运动到B需要的时间最短.3.2