如图所示,平板车长为L=6m,质量为M=10kg,上表面光滑并距离水平地面高为h=1.25m,在水平面上向右做直线运动,A、B是其左右两个端点.某时刻小车速度为v0=7.2m/s,在此时刻对平板车施加一个方向水平向左的恒力F=50N,与此同时,将一个质量m=1kg为小球轻放在平板车上的P点(小球可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为零),
=. PB
,经过一段时间,小球脱离平板车落到地面.车与地面的动摩擦因数为0.2,其他摩擦均不计.取g=10m/s2.求:L 3
(1)小球从离开平板车开始至落到地面所用的时间;
(2)小球从轻放到平板车开始至离开平板车所用的时间;
(3)从小球轻放上平板车到落地瞬间,平板车的位移大小.
(1)小球从离开平板车开始至落到地面所用的时间
由h=
gt2得,1 2
t=
=2h g
s=0.5s.2×1.25 10
(2)小球放到平板车后相对地面静止,小车的加速度为
a1=
=F+μ(M+m)g M
=7.2m/s250+0.2×(10+1)×10 10
小车向右运动的距离为x1=
=v02 2a1
m=3.6m 7.22 2×7.2
x1小于4m,所以小球不会从车的左端掉下.
小车向右运动的时间为t1=
=v0 a1
s=1s 7.2 7.2
小车向左运动的加速度为
a2=
=F-μ(M+m)g M
=2.8m/s250-0.2×(10+1)×10 10
小车向左运动的距离为x2=x1+
=3.6+2m=5.6m L 3
小车向左运动的时间为t2=
=2x2 a2
s=2s.2×5.6 2.8
小球从轻放到平板车开始至离开平板车所用的时间t=1+2s=3s
(3)小球刚离开平板车瞬间,小车的速度方向向左,大小为
v2=a2t2=2.8×2m/s=5.6m/s
小球离开车子后,车的加速度为a3=
=3m/s2 F-μMg M
车子向左运动的距离为
x3=v2t3+
a3t32=5.6×0.5+1 2
×3×0.25=3.175m1 2
从小球轻放上平板车到落地瞬间,平板车的位移大小
x=-x1+x2+x3=5.175m
答:(1)小球从离开平板车开始至落到地面所用的时间为0.5s.
(2)小球从轻放到平板车开始至离开平板车所用的时间为3s.
(3)从小球轻放上平板车到落地瞬间,平板车的位移大小为5.175m.