问题 问答题

质点A沿直线以vA=5m/s匀速运动,某时刻(t=0)在A后面与A相距△x=7.75m的质点B由静止开始起动,质点B运动方向与A一致,其加速度随时间周期性变化,加速度随时间变化的图象如图所示.求:

(1)质点B追上A之前两者间的最大距离;

(2)B出发后经多少时间追上A?

答案

(1)质点B的速度为5m/s时,A、B之间的距离最大

设质点B速度达到5m/s若一直做匀加速,总共需要的时间为△t,

由运动学公式:△t=

vA
a
=2.5s

由质点B加速度与时间关系知,经过时间t1=4.5s时,A、B之间的距离最大.

在时间t1内质点A发生的位移xA=vAt1=22.5m,

质点B在第1s内的位移x1=

1
2
a
t21
=1m

质点B在第2s内的位移x2=at1△T,式中△T=1s,代入数据得,x2=2m.

质点B在第3s内的位移x3=at1△T+

1
2
a(△T)2=3m

质点B在第ns(n为整数)内的位移xn=n(m)质点B在t1时间内的位移xB=1+2+3+4+2a△T×0.5+

1
2
a×0.52(m)=12.25m

故A、B之间的最大距离△xm=△x+xA-xB=18m.

(2)设经历时间t(t为正整数)B追上A时间t内A的位移xA′=vAt

时间t内B的位移xB′=1+2+…+t=

t(t+1)
2

xB′=xA′+△x,此式无整数解,但可求得10≤t≤11s,

10s内A发生的位移xA1=vA×10=50m,B发生的位移xB1=

10×11
2
(m)=55m,

故在10s后,B需比A多发生的位移△x′=△x+xA1-xB1=2.75m

设10s后需时间t′B追上A则5a△Tt′+

1
2
at2-vAt′=2.75,

解得t′=0.5s

故B出发后需经过时间tB=10+t′=10.5s追上A.

答:(1)质点B追上A之前两者间的最大距离为18m;

(2)B出发后经10.5s时间追上A.

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