摩擦力与功率在匀速转动的传送带上方有一料斗装满煤,打开阀门,煤以一定流量落到传送带上,与传送带达到共同速度后运至传送带终

1个回答

  • 设煤每秒钟落到传送带上的质量流量为m

    传送带自身速度不变,则增加的功率用于将单位时间落下的煤运输到传送带顶端

    达到与传送带相同的速度,并提供过程中摩擦产生的热量消耗

    ∴每秒钟电动机增加的能量=煤增加的势能+煤增加的动能+摩擦产生的热量

    (严格的说应该要扣除煤自料斗落下时自身的动能,但题目说料斗在传送带上方,

    故默认料斗距离传送带的距离较近,煤落下的动能很小,忽略不计)

    设传送带速度为v,煤从落点到传送带顶端的高度差为h,则

    △E=△Ep+△Ek+△Ef,即△E=mgh+1/2*mv^2+f*s,

    其中f为质量为m的煤所受的摩擦力,s为其达到与传送带相同速度v时所走过的距离

    设煤与传送带之间的摩擦系数为μ,传送带倾角为α,则有f=μN=μmgcosα

    设煤在达到速度v之前的加速度为a,由受力分析有

    ma=f-mgsinα=μmgcosα-mgsinα => a=(μcosα-sinα)g

    (由于a与v方向相同,故a为正数,即μcosα-sinα>0,即μ>tanα)

    则煤在速度由0至v的过程中,有

    v=at, s=1/2*at^2,可得 s=v^2/(2a)=v^2/[2g(μcosα-sinα)]

    ∴△Ef=f*s=μmgcosα*v^2/[2g(μcosα-sinα)]=1/2*mv^2/[1-tanα/μ]

    ∴△E=mgh+1/2*mv^2+1/2*mv^2/[1-tanα/μ]

    此即传送带每秒钟需增加的能量,即电动机需增加的功率

    煤每秒钟与传送带摩擦产生的热量为△Ef,则

    每分钟产生的热量为△Ef1=60*△Ef=60*1/2*mv^2/[1-tanα/μ]