
自动化传送系统广泛用于仓储物流。某车间内的传送系统可以简化为如图所示的模型:光滑圆弧轨道与长度的水平传送带
、长度
的水平轨道
平滑连接,一右端固定、水平放置的轻质弹簧处于原长状态。质量
的小滑块从圆弧某高度释放后以
的速度从
点冲上传送带,恰好停在水平轨道
的中点处。滑块与传送带
和轨道
间的动摩擦因数均为
,
右侧光滑,传送带顺时针匀速转动,弹簧始终在弹性范围内,圆弧轨道足够长,重力加速度
,忽略空气阻力。
(1)求传送带的运行速度;
(2)写出滑块停止时距离点的距离
和传送带速度
的关系式;
(3)若传送带改为逆时针匀速转动,改变滑块的释放高度,使滑块以从
点冲上传送带后最终停在了
点,求传送带的运行速度。
【答案】(1)
(2)见解析
(3)
【知识点】用动能定理解决物体在传送带运动问题
【详解】(1)滑块在和
段滑动的加速度大小
因此,滑块在点处的最大速度
滑块在段上滑动的最大距离
因此滑块停在的中点处时,只有可能是第一次滑上
段即停在中点,则在
段由运动学公式
得
可知滑块在传送带上做匀速运动,即传送带的运行速度
(2)若滑块在传送带上一直加速,设到达点的速度为
根据动能定理有
得
此时
若滑块在传送带上一直减速,设到达点的速度为
,根据动能定理有
得
此时
综上:当传送带速度时,
当传送带速度时,
当传送带速度时,
(3)滑块在段因摩擦损耗的动能
滑块在段因摩擦损耗的动能
滑块的初动能
因此滑块是在第三次经过点时动能恰好减为零。则滑块在
点时的动能为
而滑块在随传送带返回前,第二次经过点向左滑过传送带到
过程中损失的动能
因此滑块从到
返回时已经与传送带保持静止,保持相对静止时滑块的动能即为
,所以此时传送带的速度
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