Question

如圖所示為某鋼鐵廠的鋼軌傳送裝置，斜坡長為L=20m，高為h=2m，斜坡上緊排著一排滾筒，長為l=8m、質(zhì)量為m=1×10³ kg的鋼軌放在滾筒上，鋼軌與滾筒間的動摩擦因數(shù)為μ=0.3，工作時由電動機(jī)帶動所有滾筒順時針勻速轉(zhuǎn)動，滾筒邊緣的線速度均為v=4m/s，使鋼軌沿斜坡向上移動，并假設(shè)關(guān)閉電動機(jī)的瞬時滾筒立即停止轉(zhuǎn)動，鋼軌對滾筒的總壓力近似等于鋼軌的重．求：
（1）鋼軌從坡底（如圖示位置）從靜止開始運(yùn)動，直到b端到達(dá)坡頂所需的最短時間，
（2）鋼軌從坡底（如圖示位置）從靜止開始運(yùn)動，直到b端到達(dá)坡頂?shù)倪^程中電動機(jī)對鋼軌至少做多少功．

Answer 1

解：（1）木料開始受到的滑動摩擦力為f₁=μmg=3×10³ N ①
由牛頓第二定律得：f₁-mg sinα=ma_{1 ②}，
①②聯(lián)立得：a₁=2 m/s²
由勻減速運(yùn)動公式
t₁==2 s
s₁=a₁t₁²=4 m
s₂=L-l-s₁=8 m

t=t₁+t₂=4 s
（2）最后一段運(yùn)動關(guān)閉發(fā)動機(jī)，鋼軌勻減速上升：f₁+mg sinα=ma₃，
代入數(shù)據(jù)得：a₃=4 m/s²，
勻減速運(yùn)動時間：
勻減速運(yùn)動的位移：s₃=vt₃-a₃t₃²=2 m
s₂=L-l-s₁-s₃=6 m，
由動能定理得：
代入數(shù)據(jù)求得；W_f=1.8×10⁴ J
答：（1）鋼軌從坡底（如圖示位置）從靜止開始運(yùn)動，直到b端到達(dá)坡頂所需的最短時間為4s，
（2）鋼軌從坡底（如圖示位置）從靜止開始運(yùn)動，直到b端到達(dá)坡頂?shù)倪^程中電動機(jī)對鋼軌至少做1.8×10⁴ J功．
分析：（1）先對木料受力分析，求出加速度；然后根據(jù)位移時間公式列式求解；
（2）先對滾筒加速和減速階段受力分析，求出加速度，再對恰好滑到最高點(diǎn)的臨界情況運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式列式求解．
點(diǎn)評：本題關(guān)鍵是對木塊受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，然后運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式列式求解．