一个质量为4kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.1,从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F作用,力F随时间的变化规律如图所示.求:

问题描述:

一个质量为4kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.1,从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F作用,力F随时间的变化规律如图所示.求:

(1)43.5s内物体的位移大小;
(2)43.5s内力F对物体所做的功?(g取10m/s2

当物体在前半周期时由牛顿第二定律,
得 F1-μmg=ma1a1=

F1−μmg
m
=
1
4
×(12-0.1×4×10)m/s2=2m/s2
当物体在后半周期时,
由牛顿第二定律,得 F2+μmg=ma2
a2=
F2+μmg
m
=
1
4
×(4+0.1×4×10)4 m/s2=2m/s2
前半周期和后半周期位移相等 x1=
1
2
at 2=0.5×2×22 m=4m
一个周期的位移为 8m
前40s位移为80m.
前半周位移为4m,加速结束速度为4m/s,减速1.5秒速度1m/s,故43.5秒时速度为1m/s,减速阶段位移为3.75m.43.5秒内位移为87.75.
43.5秒时的动能为2J
wF−μmgs=
1
2
mv2

wF=351J+2J=353J
答:(1)43.5s内物体的位移大小s是87.75mm;(2)43.5s内力F对物体所做的功是353J.