苏州乐园一种娱乐器械可以使人体验超重和失重.一个可乘十多人的座舱套装在竖直的柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下.落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚好停下.已知座舱开始下落时的高度为75m,当落到离地面30m的位置时开始制动,座舱均匀减速.若座舱中某人手托着重50N的铅球.试求:
(1)座舱运动过程中的最大速度
(2)当座舱落到离地面50m的位置时,铅球处于什么状态?人手的感觉如何?
(3)当座舱落到离地面15m的位置时,手要用多大的力才能托住铅球?
(1)根据题意可知,座舱的运动分为两个阶段,第一阶段为自由落体运动,第二阶段为匀减速直线运动直到静止,故速度最大的时刻为刚开始制动的那个时刻,
最大速度为自由落体运动的末速度,根据2gh=v2-v02 可得:
v=
=2gh
m/s=30m/s2×10×(75-30)
(2)当座舱落到离地面50m的位置时,铅球做自由落体运动,加速度为重力加速度,故处于完全失重状态,
此时铅球只受重力作用,人手对铅球没有作用力,故人手感觉不到任何压力.
(3)因为当落到离地面30m的位置时开始制动,此后座舱做匀减速直线运动直到落到地面上,加速度不发生变化,铅球的运动情况与座舱相同,
所以当座舱落到离地面15m的位置时,铅球做匀减速直线运动,则
2ax=v2-v02 a=
m/s2=15m/s230×30 2×30
根据牛顿第二定律可知:
F-mg=ma
F=ma+mg=(5×15+50)N=125N
答(1)最大速度为30m/s;
(2)当座舱落到离地面50m处时小球处于完全失重状态,人未能感觉到任何压力;
(3)当座舱落到离地面15m处手需要用125N的力才能托住小球.