如图所示,某货场利用固定于地面的、半径R=1.8m的四分之一圆轨道将质量为m1=10kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,已知当货物由轨道顶端无初速滑下时,到达轨道底端的速度为5m/s.为避免货物与地面发生撞击,在地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=20kg,木板上表面与轨道末端相切.货物与木板间的动摩擦因数为μ=0.4,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.1.(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10m/s2)
(1)求货物沿圆轨道下滑过程中克服摩擦力做的功
(2)通过计算判断货物是否会从木板B的右端滑落?若能,求货物滑离木板B右端时的速度;若不能,求货物最终停在B板上的位置.
(1)设货物沿圆轨道下滑过程中克服摩擦力做的功为Wf,对货物,
由动能定理得:
m1gR-Wf=
m1v21 2
Wf=m1gR-
m1v2=55J1 2
(2)当货物滑上木板A时,货物对木板的摩擦力f1=μ1m1g=40N
地面对木板A、B的最大静摩擦力f2=μ2(2m2+m1)g=50N
由于f1<f2,
此时木板A、B静止不动.
设货物滑到木板A右端时速度为v1,由动能定理:-μ1m1gl=
m11 2
-v 21
m1v21 2
得:v1=3m/s
当货物滑上木板B时,地面对木板A、B最大静摩擦力f3=μ2(m2+m1)g=30N
由于f1>f3,此时木反B开始滑动.
设货物不会从木板B的右端滑落,二者刚好相对静止时的速度为v2.
则对货物:a1=μ1g=4m/s2
v2=v1-a1t
对木板B:a2=
=0.5m/s2μ1m1g-μ2(m1+m2)g m2
v2=a2t
由以上两式可得:v2=
m/s1 3
t=
s2 3
此过程中,s1=
(v1+v2)t=1 2
ms2=10 9
v2t=1 2
m1 9
由于s1-s2=1.0m<l,所以货物最终未从木板B上滑了,且与其右端的距离为1.0m
答:(1)货物沿圆轨道下滑过程中克服摩擦力做的功为55J;
(2)货物最终未从木板B上滑了,且与其右端的距离为1.0m