如图所示,质量M=8kg的小车放在水平光滑的平面上,在小车左端加一水平恒力F,F=8N,当小车向右运动的速度达到1.5m/s时,在小车前端轻轻地放上一个大小不计,质量为m=2kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.2,小车足够长.求从小物块放上小车开始,经过t=1.5s小物块通过的位移大小为多少?(取g=10m/s2).
开始一段时间,物块相对小车滑动,两者间相互作用的滑动摩擦力的大小为Ff=μmg=4N.物块在Ff的作用下加速,加速度为am=
=2m/s2.Ff m
小车在推力F和f的作用下加速,加速度为aM=
=0.5m/s2.F-Ff M
初速度为υ0=1.5m/s,设经过时间t1,两者达到共同速度υ,则有:υ=amt1=υ0+aMt1
代入数据可得:t1=1s,υ=2m/s
在这t1时间内物块向前运动的位移为s1=
amt2=1m.以后两者相对静止,相互作用的摩擦力变为静摩擦力将两者作为一个整体,1 2
在F的作用下运动的加速度为a,则F=(M+m)a 得a=0.8m/s2.
在剩下的时间t2=t-t1=0.5s时间内,物块运动的位移为s2=υt2+
at2,得s2=1.1m.1 2
可见小物块在总共1.5s时间内通过的位移大小为s=s1+s2=2.1m.
答:经过t=1.5s小物块通过的位移大小为2.1m.