问题 问答题

皮带运输机是靠物体和传送带之间的摩擦力把货物送往别处的,如图所示,已知两传送带与传送物体间的动摩擦因数均为μ=0.5,长为l1=21m的水平传送带以υ1=14m/s的速度顺时针传动;长为l2=20m的倾斜传送带以υ2=4m/s的速度顺时针传动,其与水平面的夹角为θ=37°.在水平传送带的左端无初速地轻放一质量为m物体,试求:

(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间;

(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间.(不计滑上倾斜传送带时损失的能量,g=10m/s2

答案

(1)物体在水平传送带摩擦力的作用下,向右加速,加速度为:a1=μg=5m/s2

加速时间:t1=

14
5
=2.8s

此时,物体运动位移为:x1=

1
2
a
t21
=
1
2
×5×2.82
=19.6m

之后物体与传送带一起向右匀速的时间为:t2=

21-19.6
14
=0.1s

故物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间:t=t1+t2=2.8+0.1=2.9s

(2)物体沿倾斜传送带上滑过程,以加速度为:a=-(gsinθ+μgcosθ=10×0.6+0.5×10×0.8)=-10m/s2

向上减速,减速时间:t1′=

14-4
10
=1s,

上滑位移:x1′=v0t+

1
2
a
t21
=14×1-
1
2
×10×1
=9m

当减速到与传送带速度相同时,由于mgsinθ>μmgcosθ,物体仍减速,直到速度为零

此时加速度为:a′=gsinθ-μgcosθ=2m/s2

减速时间:t2′=

4
2
=2s

上滑位移:x2′=4×2-

1
2
×2×22=4m

故物体冲上倾斜传送带共经历位移为:x=x1′+x2′=9+4=13m

之后物体下滑,加速度为2m/s2

由x=

1
2
a
t2下
,可得:t=
2x
a
=
2×13
2
=
13
s

故物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间:T=2.9+1+2+

13
=(5.9+
13
)s

答:(1)物体从放上传送带开始到第一次滑到水平传送带右端的时间为2.9s;

(2)物体从放上传送带开始到第二次滑到水平传送带右端的时间为(5.9+

13
)s

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