長為6L質(zhì)量為6m的勻質(zhì)繩,置于特制的水平桌面上,繩的一端懸垂于桌邊外,另一端系有一個可視為質(zhì)點的質(zhì)量為M的木塊,如圖所示.木塊在AB段與桌面無摩擦,在BE段與桌面有摩擦,勻質(zhì)繩與桌面的摩擦可忽略.初始時刻用手按住木塊使其停在A處,繩處于繃緊狀態(tài),AB=BC=CD=DE=L,放手后,木塊最終停在C處.桌面距地面高度大于6L.
(1)求木塊剛滑至B點時的速度v,木塊與桌面的BE段的動摩擦因數(shù)μ;
(2)若木塊在BE段與桌面的動摩擦因數(shù)變?yōu)?span>μ′=
,則木塊最終停在何處?
(3)是否存在一個μ值,能使木塊從A處放手后,最終停在E處,且不再運動?若能,求出該μ值;若不能,簡要說明理由.
(1)木塊從A處釋放后滑至B點的過程中,由機械能守恒得
3mg×L?2mgL=(6m+M)v2 ①
則木塊滑至B點時的速度
v= ②
木塊從A處滑至C點的過程中,由功能關(guān)系得
4mg×2L-2mgL=μMgL ③
由③式得
μ= ④
(2)若
μ′=<μ,
設木塊能從B點向右滑動x最終停止,由功能關(guān)系得
()mg?2mgL=μ′Mgx ⑤
將
μ′=代入⑤式并整理得 2x
2-9Lx+10L
2=0
解得x=2L (x=2.5L不合題意舍去)
即木塊將從B點再滑動2L最終停在D處.
(3)不存在符合要求的μ值,即不可能使木塊從A處放手后最終停在E處且不再運動.
這是由于當
μ=時,若木塊滑至E點,恰好有f=μMg=6mg,此時繩全部懸于桌邊外,對木塊的拉力恰好也為6mg,而從(2)的結(jié)果知,更使木塊繼續(xù)向E點滑行,必須再減小μ值,因而木塊尚未滑至E點時,木塊所受滑動摩擦力已與懸繩拉力相等,此時,再向E點滑行時,懸繩對木塊拉力將大于木塊受到的滑動摩擦力而使合力向右,木塊又重新獲得加速度.因此不可能保持靜止狀態(tài).
答:(1)求木塊剛滑至B點時的速度
v=;木塊與桌面的BE段的動摩擦因數(shù)
μ=;
(2)若木塊在BE段與桌面的動摩擦因數(shù)變?yōu)?span>μ′=
,則木塊最終停在木塊將從B點再滑動2L最終停在D處;
(3)不存在符合要求的μ值,即不可能使木塊從A處放手后最終停在E處且不再運動.