
如图所示,在一宽大的电梯内。有一长为L=6m足够高的桌子,其一端固定一光滑的滑轮,用一段细线跨过滑轮将质量分别为m和2m的物体A、B相连,初始A靠近桌子的左端,A与桌面间的动摩擦因数µ=0.5,初始系统处于静止状态。
(1)若由静止释放A、B,求释放后1s时物体B的速度v1;
(2)若在1s时,系统向下以a0=2m/s2开始向下做匀加速运动,求此时B向下运动的加速度a2和物体A从桌面左端到右端运动的时间t;
(3)保持其它条件不变,取m=5kg,桌面足够长,电梯向下以a=g-5t的加速度从静止开始运动,同时释放A、B两物体,当电梯速度再次为零时停止,求在这一过程中,绳的拉力对A的冲量。
【答案】(1)5m/s
(2)6m/s2,1.6s
(3)200kg·m/s
【知识点】求变力的冲量
【详解】(1)若由静止释放A、B时,A、B受力如图所示
对A,根据牛顿第二定律可得
对B,有
联立解得
经1s后,物体A、B的速度大小为
(2)1s时,电梯开始以加速度a0向下匀加速时,受力分析如图所示
对A,水平方向在绳的拉力作用下继续加速,设其加速度为ax,而在竖直方向还要随电梯向下以a0做匀加速运动,所以
对B,既有相对桌面以ax向下加速,还要随着电梯以a0向下做加速运动,根据牛顿第二定律可得
联立可得
所以B下降的加速度为
对A物体,在1s后,沿水平方向向右将以ax做匀加速直线运动,运动至桌面右端所需要时间为t2,则由运动学关系可得
代入数据可得
所以物体A从桌面左端到右端的总时间为
(3)由题设条件可得,当加速度等于零时,所用时间为
此时速度达到最大,画出电梯沿竖直方向运动的a-t图像如图所示
可知,电梯停止运动的时间为
对A,在竖直方向,A随电梯一起运动有
所以
在水平方向,有
即
对B,只在竖直方向运动,有
即
由上述两式可得
所以如图所示
由图像可得,4s时物体A沿水平方向的速度为
对A,运用动量定理有
故一段时间t=4s内的冲量为
可得
所以绳拉力的冲量
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