为了缩短下楼的时间,消防队员往往抱着竖直杆直接滑下,先以可能的最大加速度沿杆做匀加速直线运动,再以可能的最大加速度沿杆做匀减速直线运动.假设一名质量m=65kg、训练有素的消防队员(可视为质点),在沿竖直杆无初速滑至地面的过程中,重心共下移了s=11.4m,已知该队员与杆之间的滑动摩擦力最大可达到fmax=975N,队员着地的速度不能超过6m/s,重力加速度g取10m/s2,竖直杆表面各处的粗糙程度相同,且忽略空气对该队员的作用力.求:(1)该队员下滑过程中动量的最大值;(2)该队员下滑过程的最短时间.

问题描述:

为了缩短下楼的时间,消防队员往往抱着竖直杆直接滑下,先以可能的最大加速度沿杆做匀加速直线运动,再以可能的最大加速度沿杆做匀减速直线运动.假设一名质量m=65kg、训练有素的消防队员(可视为质点),在沿竖直杆无初速滑至地面的过程中,重心共下移了s=11.4m,已知该队员与杆之间的滑动摩擦力最大可达到fmax=975N,队员着地的速度不能超过6m/s,重力加速度g取10m/s2,竖直杆表面各处的粗糙程度相同,且忽略空气对该队员的作用力.求:
(1)该队员下滑过程中动量的最大值;
(2)该队员下滑过程的最短时间.

(1)设该队员下滑中的最大速度为v,滑至地面前瞬间的速度为v1,做匀减速直线运动的加速度为a,在整段过程中运动的时间分别为t1和t2,下滑的距离分别为h1和h2
该队员先做*落体运动,有 v2=2gh1          ①
接着做匀减速直线运动,有   v2-v12=2ah2     ②
fmax-mg=ma                              ③
且s=h1+h2
v1=6m/s 由③式得:a=5m/s2       
再由①②④式联立可得  v=10m/s              
所以该队员下滑过程中动量的最大值p=mv=650kg•m/s      
(2)由v=gt1   ⑤
v-v1=at2   ⑥
由⑤⑥式可得  t1=1s   t2=0.8s                        
所以该队员下滑过程的最短时间t=t1+t2=1.8 s   
答:(1)该队员下滑过程中动量的最大值为650kg•m/s;
(2)该队员下滑过程的最短时间1.8s.
答案解析:(1)消防队员*下落的末速度最大,根据*下落的位移和匀减速直线运动的位移为11.4m,以及着地速度不超过6m/s,运用运动学公式求出下落的最大速度.
(2)先做*落体运动,然后以最大加速度做匀减速直线运动,时间最短,根据速度时间公式分别求出*落体运动时间和匀减速直线运动的时间,从而得出最短时间.
考试点:动量定理;匀变速直线运动规律的综合运用;牛顿第二定律.
知识点:解决本题的关键搞清消防员的运动过程,知道加速度是处理动力学问题的桥梁.