如图所示,一劲度系数k=800N/m的轻弹簧的两端各焊接着两个质量均为m=12kg的物体A、B,A、B和轻弹簧静止竖立在水平地面上.现加一竖直向上的力F在上面的物体A上,使物体A开始向上做匀加速
问题描述:
如图所示,一劲度系数k=800N/m的轻弹簧的两端各焊接着两个质量均为m=12kg的物体A、B,A、B和轻弹簧静止竖立在水平地面上.现加一竖直向上的力F在上面的物体A上,使物体A开始向上做匀加速运动,经0.4s物体B刚要离开地面,设整个过程中弹簧都处于弹性限度内,取g=10m/s2.求:
(1)此过程中所加外力F的最大值和最小值.
(2)此过程中外力F所做的功.
答
(1)A原来静止时有:kx1=mg
当物体A刚开始做匀加速运动时,拉力F最小,设为F1.
对物体A有:F1+kx1-mg=ma
当物体B刚要离开地面时,拉力F最大,设为F2.
对物体A有:F2-kx2-mg=ma
对物体B有:kx2=mg
对物体A有:x1+x2=
at2 1 2
解得:a=3.75 m/s2
联立解得:F1=45 N,F2=285 N.
(2)在力F作用的0.4 s内,初末状态的弹性势能相等
由功能关系得:
WF=mg(x1+x2)+
m(at)2=49.5 J.1 2
答:(1)此过程中所加外力F的最大值为285N最小值为45N;
(2)此过程中外力F所做的功为49.5 J.