问题 问答题

如图所示,小车质量M为2.0kg,它与水平地面摩擦力忽略不计,物体质量m为0.5kg,物体与小车间的动摩擦因数为0.3.求:

(1)小车在外力作用下以1.2m/s2的加速度向右运动时,物体受摩擦力多大?

(2)欲使小车产生a=3.5m/s2的加速度,需给小车提供多大的水平推力?

(3)若要使物体m脱离小车,则至少用多大的水平力推小车?

(4)若小车长L=1m,静止小车在8.5N水平推力的作用下,物体由车的右端向左滑动,则滑离小车需多长时间?(物体m看作质点)

答案

(1)先求两者相对静止时的最大加速度am,当两物体间即将相对滑动时,摩擦力最大,对物体受力分析,由牛顿第二定律知,F=μmg=mam,得到am=μg=3m/s2

当a1=1.2m/s2时,物体与小车相对静止,对物体受力分析知,静摩擦力F1产生了加速度a1,由牛顿第二定律得F1=ma1,F1=0.6N.

(2)当a=3.5m/s2时,物体与小车发生了相对滑动,物体对小车的摩擦力大小为F=μmg=1.5N;

根据牛顿第三定律,物体对小车的摩擦力F′与小车对物体的摩擦力F大小相等;

对小车受力分析,由牛顿第二定律得F2-F′=Ma,得到F2=F′+Ma=8.5N;                         

故需给小车提供的推力为8.5N.

(3)要使物块m脱离小车,则必须有a>a,即a>am

由牛顿第二定律得F3-F1=Ma

解得 F3>(M+m)μg=7.5N;

故至少用7.5N的力推小车.

(4)由于F=8.5N,大于水平推力7.5N,所以物体会滑落,对小车受力分析,由牛顿第二定律:F-μmg=Ma4

物体的加速度 am=3m/s2

物体m的位移 x1=

1
2
amt2  ①

小车的位移 x2=

1
2
a4t2    ②

又因为x2-x1=L           ③

联立①②③得运动时间t=

2L
a4-am
=2s;

滑离小车需2s时间.

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