问题 问答题

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?

答案

(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=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=

vmax
a1
=1s,这过程中米袋的位移为:x1=
1
2
a1
t21
=2.5m

∵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=

x2
vmax
=0.1s

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:

F′合
=mgsinθ+f=mgsinθ+μmgcosθ

根据牛顿第二定律米袋产生的加速度为:

a2=

F′合
m
=gsinθ+μgcosθ=10m/s2

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=

v2max
2a2
=
52
2×10
m
=1.25m

(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=

v2max
2a3
=6.25m

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.

选择题
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