如图所示为某粮仓中由两台皮带传送机组成的传输装置示意图.设备调试时,将倾斜传送机的传送带与水平地面间调成倾角θ=37°,使水平传送机的转动轮边缘以5m/s的线速度沿顺时针方向匀速转动.A、B两端相距L=3m,C、D两端相距较远.现将质量m=10kg的一袋大米无初速的放在A端,它随传送带到大B端后,速度大小不变地传到倾斜传送带的C端,米袋与两传送带之间的动摩擦因数均为μ=0.5,最大静摩擦力大小与滑动摩擦力大小相等(已知g=10m/s2、sin37°=0.6、cos37°=0.8,传送机运动时传送带与转动轮之间无滑动).
(1)求米袋从A端运动到B端所用的时间;
(2)若倾斜传送带CD不运动,则米袋沿传送带CD所能上滑的最大距离是多少?
(3)将倾斜传送带开动使转动轮沿顺时针方向转动时发现,无论转动速度多大,米袋都无法运送到距C端较远的D端,试分析其原因.欲使米袋能运送到D端应怎样调试倾斜的传送带?
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(1)米袋在传送带的滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动,在水平方向开始只受滑动摩擦力故有:F合=f=μmg=ma1
所以米袋的加速度为:a1=μg=5m/s2
米袋在水平传送带上的最大速度为vmax=5m/s,所以其加速时间为t1=
=1s,这过程中米袋的位移为:x1=vmax a1
a11 2
=2.5mt 21
∵x1<L
∴米袋匀速运动位移为:x2=L-x1=0.5m
米袋匀速运动时间为:t2=
=0.1sx2 vmax
所以米袋从A到B的时间为:t=t1+t2=1.1s
(2)如图米袋在斜传送带上的受力:
米袋在斜传送带上所受合力为:
=mgsinθ+f=mgsinθ+μmgcosθF ′合
根据牛顿第二定律米袋产生的加速度为:
a2=
=gsinθ+μgcosθ=10m/s2F ′合 m
因为合力方向沿传送带向下,故米袋做匀减速直线运动,则米袋在CD上上升的最大距离为:
Xmax=
=v 2max 2a2
m=1.25m52 2×10
(3)因为mgsinθ>μmgcosθ,所以无论传送带如何顺时针转动,米袋所受合力均沿传送带向下
以米袋向上运动过程中滑摩擦力始终沿传送带向上,此时米袋产生的加速度a3=gsinθ-μgcosθ=2m/s2,所以米袋上升的最大距离为:
x3=
=6.25mv 2max 2a3
因为CD相距较远,超过了6.25m,所以米袋无法到达D点.
根据题意,调试使米袋可以到达D点,只有减小传送带的倾角θ即可.
答:(1)A至B端所用时间为1.1s;
(2)传送带不动,米袋在CD上上滑的最大距离为1.25m;
(3)调试的方法是减小传送带的倾角θ.