高中物理`(二)15.质量为m的物体,放在倾角为30度的斜面上,恰能匀速下滑,台图所示.(1)在大小为F的水平向右的恒力

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  • (1)因原来物体放在倾角为30度的斜面上,恰能匀速下滑,有

    mg*sin30度=µ*mg*cos30度

    得动摩擦因数是 µ=tan30度=(根号3)/ 3

    设斜面倾角增大到 θ 时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行.

    这时有 F*cosθ < [mg*sinθ+µ*(mg*cosθ+F*sinθ)

    F*(cosθ-µ*sinθ)< mg*(sinθ+µ*cosθ)

    可见,当 (cosθ-µ*sinθ)=0 时,不管多大的水平力F,以上不等式一定成立.

    即 tanθ=1 / µ=1 / tan30度=根号3

    得 θ=60度

    这一临界角的大小是60度.

    (2)若保持斜面倾角30度不变,在竖直平面内施加外力,使物体沿斜面向上匀速滑行,物体受重力mg、支持力N(垂直斜面向上)、滑动摩擦力 f(沿斜面向下)、外力F(大小、方向待定),因匀速向上运动,合力为0

    设外力F的方向与竖直向上方向夹角是α(偏向右方),0 < α<150度 ,用正交分解法,

    将各力分解在水平和竖直方向

    在水平方向有 F*sinα=N*sin30度+ f *cos30度

    在竖直方向有 F*cosα+N*cos30度=mg+f*sin30度

    且 f=µ*N

    得 F*sinα=N*sin30度+ µ*N *cos30度

    F*cosα+N*cos30度=mg+µ*N*sin30度

    以上二式联立,消去N,得

    F*sinα /(F*cosα-mg)=(sin30度+µ*cos30度)/(µ*sin30度-cos30度)

    将 µ=tan30度 代入上式 ,得

    F*sinα /(F*cosα-mg)=-(根号3)

    F=(根号3)*mg / [ sinα+(根号3)*cosα ]

    引入一个角A,cosA=1 / 2,sinA=(根号3) / 2,A=60度

    则 F=[(根号3)*mg / 2] / sin(α+60度)

    显然,当 α=30度时,F有最小值,这时F的方向与竖直向上方向的夹角是30度.

    F的最小值是 F小=(根号3)*mg / 2

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