如图的甲所示,A、B两点相距x=7m,一个质量m=2.0kg的木块开始静止在光滑水平面上的A点,木块受到如图乙的周期性水平力F的作用,规定向左方向为正方向.求:
(1)若力F的变化周期T=4s,则在t=0时刻将木块从A点无初速释放,木块到达B点时动能的大小;
(2)所加力F的频率f多大时,在t=到t=时间内从A点无初速释放该木块,木块不能到达B点.
(1)木块所受力F=ma,根据牛顿第二定律,有:a==2m/s2
木块在0~时间内向B点作匀加速直线运动,走过的距离为:x1=a()2=4m
则木块此时的速度:v1=at2=4m/s
木块在t=~T时间内继续向B点作匀减速直线运动可以到达B点;
位移为:x2=x-x1=3m
由公式:-=-2ax
所以,木块到达B点的速度:v2=2m/s
木块到达B点的动能:Ek=mv2=4J
(2)木块在t=~t=向B点做匀加速运动,在t=~t=向A点做匀减速运动,速度减为零后将返回.
木块向B点运动可能的最大位移:s=2×a()2=aT2
要求粒子不能到达A板,有:s<x=7m;
由f=,力F变化频率应满足:f>=Hz
答:(1)若力F的变化周期T=4s,则在t=0时刻将木块从A点无初速释放,木块到达B点时动能的大小为4J;
(2)所加力F的频率f>=Hz时,在t=到t=时间内从A点无初速释放该木块,木块不能到达B点.