如图所示,倾角为37°、足够长的斜面体固定在水平地面上,小木块在沿斜面向上的恒定外力F作用下,从斜面上的A点由静止开始向上作匀加速运动,前进了4.0m抵达B点时,速度为8m/s.已知木块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,木块质量m=1kg.g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)木块所受的外力F多大?
(2)若在木块到达B点时撤去外力F,求木块还能沿斜面上滑的距离S;
(3)为使小木块再次通过B点的速率为8 5
m/s,求恒力F连续作用的最长时间t.5
(1)设外加恒力F时小木块的加速度为a1:
由匀加速直线运动的规律得:
=2a1s1 ①v 2B
根据牛顿第二定律得:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ②
联立①②代入数据解得:F=18N
(2)设小木块继续上滑的加速度大小为a2
由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma2
a2=gsinθ+μgcosθ
还能上滑的距离S=vB2 2a2
联立解得S=3.2m
(3)当小木块运动一段时间后撤去外力,且向下运动经过B点的速度为8 5
m/s时,恒力作用的时间有最大值.5
设小木块向下运动的加速度为a3,则a3=gsinθ-μgcosθ
向下运动至B点的距离为S3,则v2=2a3S3
设恒力作用的最长时间为t1,撤去恒力向上减速至零所用时间为t2,则:a1t1=a2t2
a1t12+1 2
a2t22=S1+S31 2
联立解得t1=1s
答:(1)木块所受的外力F为18N;
(2)若在木块到达B点时撤去外力F,木块还能沿斜面上滑的距离S为3.2m;
(3)为使小木块向下通过B点的速率为8 5
m/s,恒力F连续作用的最长时间t=1s.5