牛顿运动定律的应用(牛顿运动定律的应用(二)例题分析
如图331所示的三个物体质量分别为m1和m2和m3,带有滑轮的物体放在光滑水平面上,滑轮和所有接触面的摩擦以及绳子的质量均不计,为使三个物体无相对运动.水平推力F等于多少?
例1
由于三个物体无相对运动,因此可看作一个整体,列出整体的牛顿第二定律方程.然后再隔离m1、m2,分别列出它们的运动方程.
分析解
由整体在水平方向的受力列出牛顿第二定律方程为①
F(m1m2m3)a.分别以m1、m2为研究对象作受力分析(图332).设绳张力为T.
对m1,在水平方向据牛顿第二定律得Tm1a.
②
对m2,在竖直方向由力平衡条件得Tm2g0.
③
联立式①、②、③,得水平推力
f也可以全部用隔离法求解.设连接m1与m2的绳中张力为T,m2与m3之间相互作用力为N,滑轮两侧绳子张力形成对m3的合力为F′,画出各个物体的隔离体受力图如图333所示(m1、m3竖直方向的力省略).
说明
对于m1,由受力分析知Tm1a.
④
对于m2,由水平方向与竖直方向的受力情况分别可得Nm2a,
⑤
Tm2g0.
⑥
对于m3,由于F′的水平分力(向左)等于T,因此FNTm3a.
⑦
由④、⑤、⑥三式得
把它们代入式⑦得水平推力F:
f显然,全部用隔离法求解时,不仅未知数和方程数多,还可能因疏漏滑轮两侧绳子拉力对m3的影响而造成错误.所以应注意灵活地有分有合,交替使用隔离法和整体
法.两重叠在一起的滑块,置于固定的、倾角为θ的斜面上,如图334所示,滑块A、B的质量分别为M、m,A与斜面间的动摩擦因数为μ1,B与A之间的动摩擦因数为μ2,已知两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面滑下,滑块B受到的摩擦力
例2
A.等于零B.方向沿斜面向上C.大小等于μ1mgcosθD.大小等于μ2mgcosθ分析
把A、B两滑块作为一个整体,设其下滑加速度为a.由牛顿第二定
律
(Mm)gsi
θμ1(Mm)gcosθ(Mm)a,
得
ag(si
θμ1cosθ).
由于a<gsi
θ,可见B随A一起下滑过程中,必然受到A对它沿斜面向上
的摩擦力,设摩擦力为fB(图335).由牛顿第二定律
fmgsi
θfBma,得μ1mgcosθ.答B、C.
fBmgsi
θmamgsi
θmg(si
θμ1cosθ)
由于所求的摩擦力是未知力,也可任意假设.若设B受到A对它的摩擦力沿斜面向下,同样可得解,请自行比较.
说明
如图336所示,两光滑的梯形木块A和B,紧靠放在光滑水平面上,已知θ60°,mA2kg,mB1kg,现同时加水平推力F15N,F22N,它们方向相反.若两木块在运动过程中无相对滑动,则A、B间的相互作用力多大?r