例题1:
问题:一个质量为m的物体在水平地面上受到一个大小为F的水平恒力,物体与地面之间的动摩擦因数为μ。求物体在水平地面上滑行的距离。
解答:
根据牛顿第二定律,物体受到的合外力为:F - μmg
根据运动学公式,物体的加速度为:a = (F - μmg) / m
物体在水平地面上滑行的距离为:s = 1/2 a t^2
其中,t为物体滑行的时间。根据运动学公式,物体滑行的时间为:t = sqrt(2s/a)
将加速度和时间代入滑行距离的公式中,得到:s = 1/2 (F - μmg) sqrt(2s/μmg)
化简得到:s = (F^2 - μmg^2) / (2μmgF)
所以,物体在水平地面上滑行的距离为(F^2 - μmg^2) / (2μmgF)。
例题2:
问题:一个质量为m的物体被一个大小为F的绳子拉着在竖直平面内做圆周运动,绳子能承受的最大拉力为T。求物体在竖直平面内做圆周运动的最高点和最低点时物体的速度范围。
解答:
在最高点,物体受到的重力mg和绳子的拉力T方向相反,且T小于等于Tmax。根据牛顿第二定律,物体受到的向心加速度为:a = sqrt(g^2 + (Tmax - mg)^2) / m
在最低点,物体受到的重力mg和绳子的拉力T方向相同,且T大于等于0。根据牛顿第二定律,物体受到的向心加速度为:a = sqrt(Tmax^2 - g^2) / m
根据机械能守恒定律,物体在最高点的速度范围为:v1 <= sqrt(gR)
根据牛顿第二定律和机械能守恒定律,物体在最低点的速度范围为:sqrt((Tmax^2 - g^2) / (mR)) <= v2 <= sqrt(TmaxR)
所以,物体在竖直平面内做圆周运动的最高点和最低点时速度的范围分别为[v1, v2]。其中v1是最高点的最小速度,v2是最低点的最大速度。注意速度单位需要转换为m/s。
例题:
小明在操场上踢足球,足球从静止开始沿着水平地面做直线运动。已知足球的质量为m,初速度为0,它在运动过程中受到地面对它的阻力恒为足球重力的k倍,重力加速度为g。
(1)求足球做加速度大小a的值;
(2)求足球做匀加速直线运动的最长时间t_{m};
(3)足球经过一段时间t后,从A点运动到B点,AB间的距离为x,求足球在A点的速度大小v_{A}。
【分析】
(1)根据牛顿第二定律求出足球的加速度大小;
(2)根据匀变速直线运动的速度时间公式求出足球做匀加速直线运动的最长时间;
(3)根据匀变速直线运动的速度位移公式求出足球在A点的速度大小。
【解答】
(1)足球做加速度大小$a = \frac{km}{m} = k$;
(2)足球做匀加速直线运动的最长时间$t_{m} = \frac{v}{a} = \frac{0}{k} = 0$;
(3)足球在AB段做匀减速直线运动,根据速度位移公式得:$v_{A}^{2} = 2ax$,解得$v_{A} = \sqrt{\frac{2kx}{m}}$。
本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的基本运用,知道加速度是联系静力学和运动学的桥梁。
以下是一道初中物理奥赛竞赛题力学例题:
问题:一架飞机在两城之间飞行,飞行速度为v,风速为u,那么飞机实际飞行方向如何?飞机到达另一城市所需的时间是多少?
解答:
飞机实际飞行方向与风向相反,即飞机逆风飞行。
假设飞机从城市A到城市B的飞行距离为d,则根据速度的合成原理,飞机在无风情况下的速度为v = sqrt(v^2 - u^2),而在有风情况下飞机的速度为v + u。因此,实际飞行距离d = sqrt((v + u)^2 - u^2)。
飞机到达另一城市所需的时间t = d / v = sqrt((v + u)^2 - u^2) / v。
需要注意的是,此问题中的飞行速度、风速和飞行距离都是假设值,需要根据实际情况进行具体计算。此外,对于更复杂的力学问题,需要使用更高级的力学理论和公式进行求解。
