如图所示,一平板车质量M=100kg,停在水平路面上,平板离地面的高度h=1.25m.一质量m=50kg的物块置于车的平板上,它到车尾的距离b=1.0m,与平板间的动摩擦因数μ=0.20.现对平板车施加一水平向右的恒力使车向右行驶,结果物块从车板上滑落下来.物块在平板车上滑动过程,车相对于地面向右行驶的距离是s0=2.0m.求(不计路面与车轮间及轮轴间的摩擦,g取10m/s2).
(1)物块滑动时,受的摩擦力大小和方向;
(2)刚离开车板时,平板车的速度大小;
(3)物块刚落地时,落地点到车尾的水平距离s.
(1)以m为研究对象进行分析,m在水平方向只受一个摩擦力f的作用,f=μmg=l00N,水平向右,
(2)根据牛顿第二定律知f=ma1
得:a1=μg=0.20×10m/s2=2m/s2
如图,m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,sAB=s0-b=1.00m,
运动到B点的速度υB为:
υB=
=2m/s 2a1sAB
物块在平板车上运动时间为t1=
=1s,在相同时间里平板车向前行驶的距离s0=2.0m,则vB a1
s0=
a2t12,所以平板车的加速度a2=4m/s2 1 2
此时平板车的速度为:v2=a2t1=4×1=4m/s
(3)m从B处滑落时,以υB为初速度做平抛运动,落到C的水平距离为s1,下落时间为t2,
则 h=
gt221 2
t2=
=0.5s 2h g
s1=vBt2=2×0.5m=1.0 m
对平板车M,在m未滑落之前,水平方向受二力作用,即F和物块对平板车的摩擦力f,二者方向相反,平板车加速度为a2,由牛顿第二定律得:F-f=Ma2
则有:F=Ma2+f=(100×4+0.2×50×10)N=500N
当m从平板车的B点滑落以后,平板车水平方向只受F作用,而做加速度为
a3的匀加速运动,由牛顿第二定律得:F=Ma3 即a3=
=5m/s2F M
在m从B滑落到C点的时间t=0.5s内,M运动距离s2为s2=v2t+
a3t2=2.625m1 2
物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为
s=s2-s1=(2.625-1)m=1.625m
答:(1)物块滑动时,受的摩擦力大小为l00N,水平向右;
(2)刚离开车板时,平板车的速度大小为4m/s;
(3)物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为1.625m.