- 牛顿运动定律最值
牛顿运动定律最值问题主要有以下几个:
1. 绳端物体在绳拉力作用下实现的最值问题:这类问题中,绳索充当了杠杆的角色,经常出现在小船过河、滑轮等场景中。常见的最值包括绳端移动的最短路径、通过障碍物最短距离等。
2. 弹簧类问题:弹簧在拉伸或压缩状态下,能够充当弹簧作为力的传递者,常常出现在小球碰撞、连接体等场景中。这类问题经常需要求弹簧的最值,包括弹簧的最大或最小弹力,弹簧的最小(或最大)速度等。
3. 质点或物体在摩擦力作用下的最短距离问题:这类问题需要考虑摩擦力做功,质点或物体需要选择合适的路径,使得摩擦力做功最少,达到最短距离。
4. 动态过程中的极值问题:物体在变力作用下的运动,需要求运动过程中的极值,例如,小球在曲线运动中达到的最高点或最低点,物体在变力作用下达到速度极值等问题。
以上是最值问题的主要类型,具体问题的最值条件需要根据具体场景来判断。
相关例题:
例题:
问题:一物体在水平地面上以某一速度匀速运动,突然受到一恒定的水平方向上的作用力,物体开始做匀变速运动,求物体在运动过程中的最大加速度和速度的变化。
解析:
物体在水平地面上以某一速度匀速运动时,受到的摩擦力为f1。当受到一恒定的水平方向上的作用力F后,物体开始做匀变速运动,受到的摩擦力为f2。根据牛顿第二定律,有:
F - f2 = ma
由于物体做匀变速运动,所以速度在变化,设最大速度为v。根据运动学公式,有:
v = at
其中a为加速度。
将上述两式联立,可得:
F - f2 = ma = mv/t
由于物体做匀变速运动,所以t是变量,当t取最大值时,v也取最大值。此时t = tmax。将t代入上式可得:
F = mvmax + f2
其中vmax为最大速度。
根据牛顿第三定律,作用力和反作用力相等,所以f1 = F - f2。因此,物体在运动过程中的最大加速度为:
a = (F - f2 - F)/m = (f2 - f1)/m
速度的变化量为:
Δv = vmax - v0 = atmax = (F - f2)tmax/m = (f2 - f1)tmax/m
其中v0为初速度。
结论:物体在受到恒定水平方向上的作用力后,最大加速度为(f2 - f1)/m,速度的变化量为(f2 - f1)tmax/m。其中tmax为时间变量,取最大值时速度达到最大值。
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