问题 问答题

一辆车箱长为L=2m的汽车,在平直的公路上以V0=36km/h的速度匀速行驶,车箱后挡板处放有一小木块,与车箱的动摩擦因数为μ=0.2,若汽车以大小为a=6m/s2的加速度刹车,求:(设木块对刹车没有影响,g取10m/s2

(1)汽车从刹车到停止所用的时间?

(2)开始刹车后2s内,汽车的位移是多大?

(3)如果相对车箱而言,木块与车箱挡板碰撞时都以碰前的速率反弹.则从刹车起,木块经多长时间最终停下?

答案

v0=36km/h=10m/s

(1)从刹车起汽车停下所用时间:t0=

v0
a
=
10
6
=1.67s

(2)2秒内汽车已经停止,所以汽车的位移为:s0=

v02
2a
=
100
12
=8.33m

(3)设从刹车起木块经时间t1后与前挡板相碰.

木块向前运动受滑动摩擦力,由牛顿第二定律得μmg=ma1

a1=μg=2m/s2

碰前木块的位移:s1=v0t1-

1
2
a1t12

碰前车的位移:s2=v0t1-

1
2
at12

另有s1-s2=L

解得t1=1s

碰前木块速度:v1=v0-a1t1=10-2×1m/s=8m/s

碰前汽车速度:v2=v0-at1=10-6×1m/s=4m/s

相对汽车,木块碰前速度为4m/s,碰后以4m/s的速度反弹.

相对地,碰后木块速度为0,在车厢摩擦力作用下将向前作匀加速直线运动,加速度大小仍为a1=2m/s2

设又经时间t2木块的速度与汽车相等,则

木块速度:v1′=a1t2

汽车速度:v2′=v2-at2

因为v1′=v2

所以t2=0.5s

v1′=v2′=1m/s

此时木块与前挡板距离为:L′=(v2t2-

1
2
at22)-
1
2
a1t22=1m

木块再经时间t3停下,则:t3=

v1
a1
=0.5s

木块再通过的位移为S3=

1
2
v1′t3=0.25m<L′=1m不会与前板再碰.

而汽车再经时间t4=(t0-t1-t2)=0.17s停止运动,汽车先于木块停止运动.

木块运动的总时间:t=t1+t2+t3=2s

答:(1)汽车从刹车到停止所用的时间为1.67s;

(2)开始刹车后2s内,汽车的位移为8.33m;

(3)从刹车起,木块经2s最终停下.

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