问题 计算题

如图所示,摩托车做腾跃特技表演,以1.0m/s的初速度沿曲面冲上高0.8m、顶部水平的高台,若摩托车冲上高台的过程中始终以额定功率1.8kW行驶,经过1.2s到达平台顶部,立即关闭油门,离开平台后,恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点切入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑.A、B为圆弧两端点,圆弧的最低点B与水平传送带相切,传送带以v1=8m/s的速度匀速运动,传送带长为8.5m,摩托车轮胎与传送带间为滑动摩擦,动摩擦因数为μ=0.4。已知圆弧半径为R=m,AB所对应的圆心角为θ=53o,人和车的总质量为180kg,特技表演的过程中到达传送带之前不计一切阻力(计算中取g=10m/s2)。求:  

(1)人和车到达顶部平台时的速度v;

(2)从平台飞出到A点,人和车运动的水平距离s;

(3) 人和车运动到圆弧轨道最低点O时对轨道的压力;

(4) 人和车在传送带上的运动时间。

答案

(1)摩托车冲上高台的过程中,由动能定理得

 ………………………………………………①

代入数据解得

v=3m/s…………………………………………………………………………②

(2)摩托车离开平台后平抛运动过程中,在竖直方向

 ……………………………………………………………………③

水平方向:

s=vt=1.2m………………………………………………………………………④

(3) 设人和车的最低点速度为vB,则摩托车由高台顶部到圆弧轨道最低点的过程中,

由机械能守恒定律得……………………⑤

得:

在最低点,据牛顿第二定律,有

 ……………………………………………………………⑥

代入数据解得

由牛顿第三定律可知,小孩对轨道的压力为 …………………………⑦

(4)由牛顿第二定律得:

……………………………………………………………………⑧

解得:

由运动学公式得:

解得:可知到达C点以前和传送带一起匀速运动。……⑨

再由运动学公式,得:

 ……………………………………………………………………⑩

解得:

 ………………………………………………………………………⑾

…………………………………………………………………………⑿

解得:

所以总时间为:…………………………………………………⒀

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