特战队员从悬停在空中离地95m高的直升机上沿绳下滑进行降落训练,某特战队员和他携带的武器质量共为80kg,设特战队员用特制的手套轻握绳子时可获得200N的摩擦阻力,紧握绳子时可获得1000N的摩擦阻力,下滑过程中特战队员至少轻握绳子才能确保安全.?试求:
(1)特战队员轻握绳子降落时的加速度的大小;
(2)若要求特战队员着地时的速度不大于5m/s,则特战队员在空中下滑过程中按怎样的方式运动所需时间最少?最少时间为多少?
网友回答
解:(1)根据牛顿第二定律,有
mg-f1=ma
解得:
(2)先轻握绳子下滑,再紧握绳子以最大的摩擦阻力做减速运动,着地时速度为5m/s.这样的下滑过程所需时间最少.
有最大的摩擦阻力时:f2-mg=ma'
所以:
设:其中最大速度为v,
有:
解得:v≈19.4m/s
所以:
答:(1)特战队员轻握绳子降落时的加速度的大小为7.5m/s2;
(2)特警队员先轻握绳子以最大加速度加速,再紧握绳子以最大加速度减速,到达地面时,速度等于5m/s,用时最短,最少时间为8.35s.
解析分析:(1)特警队员轻握绳子降落时,竖直方向受到重力和摩擦力,根据牛顿第二定律列式求解即可;
(2)特警队员先轻握绳子以最大加速度加速,再紧握绳子以最大加速度减速,到达地面时,速度等于5m/s,用时最短.
点评:本题关键先根据牛顿第二定律求解加速度,然后根据运动学公式结合几何关系列式求解即可.