问题
计算题
摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米。电梯的简化模型如1所示。考虑安全、舒适、省时等因索,电梯的加速度a是随时间t变化的。已知电梯在t = 0时由静止开始上升,a - t图像如图2所示。电梯总质最m = 2.0× kg。忽略一切阻力,重力加速度g取10m/s2。
(1)求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;
(2)类比是一种常用的研究方法。对于直线运动,教科书中讲解了由v - t图像求位移的方法。请你借鉴此方法,对比加速度的和速度的定义,根据图2所示a - t图像,求电梯在第1s内的速度改变量△v1和第2s末的速率v2;
(3)求电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率p:再求在0~11s时间内,拉力和重力对电梯所做的总功W。
答案
(1)
(2)
(3)
解(1)由牛顿第二定律得
由a-t图像可知,和
对应的加速度分别为
,
(2)类比可得所求速度变化量等于第1s内a-t图线下的面积
同理可得
第2s末的速率
(3)由a-t图像可知,内速率最大,其值等于
内a-t图线下的面积,
有
此时电梯做匀速运动,拉力F等重力mg,所求功率
由动能定理得: