如圖所示,質量M=4kg的木板長L=4m,靜止在光滑的水平地面上,其水平上表面左端靜置一個質量m=2kg的小滑塊(可視為質點),小滑塊與板間的動摩擦因數(shù)μ=0.2.從某時刻開始,用水平力F=10N一直向右拉滑塊,使滑塊從木板上掉下來.g取10m/s
2.
(1)該過程木板的位移;
(2)滑塊離開木板時的速度;
(3)若在F=10N的情況下,能使小滑塊恰好能從木板上掉下來,求此力作用的最短時間.
(1)由牛頓第二定律知滑塊和木板加速度分別為a
1=
=
m/s2=3m/s2;
a
2=
=
m/s2=1m/s2它們的位移關系為
a
1t
2-
a
2t
2=L
解得t=2s;
木板位移為S
2=
a
2t
2=
×1×4=2m;
(2)滑塊速度為v=a
1t=3×2=6m/s;
(3)設滑塊經過時間t
1撤掉F,又經過時間t
2恰好滑到木板的右端獲得共速,由牛頓第二定律知滑塊撤掉F時的加速度大小為
a
3=
=μg,
它們的速度關系為a
1t
1-a
3t
2=a
2(t
1+t
2),
它們的位移關系為
a
1t12+a
1t
1t
2-
a
3t22-
a
2(t
1+t
2)
2=L
代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得t
1=
s.
答:(1)該過程木板的位移為2m.
(2)滑塊離開木板時的速度為6m/s.
(3)此力作用的最短時間為
s.