恒定功率电动机通过一绳子吊起质量为8kg的物体

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  • 已知:V0=0,m=8千克,F承=120牛,P额=1200瓦,H=90米

    求:T

    为了让物体能最快地提升,第一阶段:绳子拉力为最大值,物体做初速为0的匀加速直线运动,电动机实际功率从0开始增大,当功率达到额定功率时,此阶段结束,此时物体速度设为 V1,本阶段所用时间是 t1 .

    V1=a* t1   ,a是此阶段的加速度

    F承-mg=m a

    P额=F承* V1

    得 V1=P额 / F承=1200 / 120=10 m/s

    a=(F承-mg)/ m=(120-8*10)/ 8=5 m/s^2

    t1=V1 / a=10 / 5=2 秒

    物体上升的距离是 h=V平* t1=(V1 / 2)* t1=(10 / 2)*2=10 米

    第二阶段:电动机功率达到额定功率后,物体继续变加速上升,绳子拉力减小(仍大于物体重力),当速度达到最大值 Vm 时,此阶段结束,接着物体是以最大速度 Vm 匀速上升.

    而匀速上升时,有 P额=mg* Vm

    即 Vm=P额 / (mg)=1200 /(8*10)=15 m/s

    由于物体在被吊高90m以前已开始以最大速度匀速上升,所以由动能定理 得

    P额*(T-t1)-mg*(H-h)=(m* Vm^2 / 2)-(m* V1^2 / 2)

    1200*(T-2)-8*10*(90-10)=(8* 15^2 / 2)-(8* 10^2 / 2)

    得总的上升时间是 T=7.75 秒

    注:不能一开始就用额定功率提升,因为这样做时绳子拉力会超过其承受值而断裂.

    P=F拉*V,在P=P额时,V较小(小于 10m/s),F拉 较大,会有 F拉>F承.