苏州乐园一种娱乐器械可以使人体验超重和失重.一个可乘十多人的座舱套装在竖直的柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下.落到一定位置时,制动系统启动,到地面

发布时间:2020-08-09 09:11:32

苏州乐园一种娱乐器械可以使人体验超重和失重.一个可乘十多人的座舱套装在竖直的柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下.落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚好停下.已知座舱开始下落时的高度为75m,当落到离地面30m的位置时开始制动,座舱均匀减速.若座舱中某人手托着重50N的铅球.试求:
(1)座舱运动过程中的最大速度
(2)当座舱落到离地面50m的位置时,铅球处于什么状态?人手的感觉如何?
(3)当座舱落到离地面15m的位置时,手要用多大的力才能托住铅球?

网友回答

解:(1)根据题意可知,座舱的运动分为两个阶段,第一阶段为自由落体运动,第二阶段为匀减速直线运动直到静止,故速度最大的时刻为刚开始制动的那个时刻,
????? ?? 最大速度为自由落体运动的末速度,根据2gh=v2-v02?可得:
?????????? m/s=30m/s
??? (2)当座舱落到离地面50m的位置时,铅球做自由落体运动,加速度为重力加速度,故处于完全失重状态,
???????? 此时铅球只受重力作用,人手对铅球没有作用力,故人手感觉不到任何压力.
??? (3)因为当落到离地面30m的位置时开始制动,此后座舱做匀减速直线运动直到落到地面上,加速度不发生变化,铅球的运动情况与座舱相同,
??????? ?所以当座舱落到离地面15m的位置时,铅球做匀减速直线运动,则
????????? 2ax=v2-v02???????a=m/s2=15m/s2
???????根据牛顿第二定律可知:
???????????F-mg=ma??????????????
?????????? F=ma+mg=(5×15+50)N=125N??
答(1)最大速度为30m/s;?
? (2)当座舱落到离地面50m处时小球处于完全失重状态,人未能感觉到任何压力;
? (3)当座舱落到离地面15m处手需要用125N的力才能托住小球.
解析分析:(1)判断一个物体是超重还是失重,关键看加速度方向,若加速度向上,则超重;若加速度向下,则失重;若加速度向下且大小等于重力加速度,则为完全失重;
(2)根据题意可知座舱前一阶段做自由落体运动,后一个阶段做匀减速直线运动,故速度最大的时刻为刚开始制动的那个时刻,最大速度为自由落体运动的末速度;
(3)座舱内人手中的小球与整个座舱的运动情况一样,也可单独对小球进行受力分析,体现整体法和隔离法的应用.

点评:从这个例题可以看出做自由落体运动的物体处于完全失重状态,对于两个或两个以上的物体组成的系统运动情况相同时,我们一般可采取整体法和隔离法求解问题,要注意受力分析时,分析哪些力是系统的外力哪些力是系统的内力.
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