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例题01-02-03-02 一货箱在工厂流水线的滑道上某点 以初速 上滑[(a)]。货箱与滑道之间的摩擦系数为
,滑道的倾角 。求货箱的加速度和滑到最高点 时所经过的位移,并问到达 点时会否下滑?
解 1.选货箱为隔离体作为研究对象,设其质量为
。
2.以地面为惯性参考系,设货箱的加速度为 ,其大小和方向待求,不妨先假定它的方向与运动方向一致。
3.在货箱上滑时,它受三个力作用:重力 、滑道的法向支承力
、滑动摩擦力 ,方向已标明在示力图上[图(b)]。
4.按牛顿第二定律的表达式,货箱的运动方程为

5.以出发点 为原点,取正交坐标轴
、 分别平行和垂直于滑道,其正向如图。按牛顿定律分量式,写出矢量式(1)沿
、 轴的分量式:

式中, ,
(因货箱在垂直于斜面方向无运动)。又
6.联立式(2)、(3)、(4)求解, 并将 代入,化简后得

将题给数据 代入上式,算出货箱加速度

为负值,表示加速度方向与原先假定的相反,应沿 轴负向。也可将上述结果用 轴的单位矢量
表示为矢量式,即

显然,货箱沿滑道作匀减速直线运动,到达最高点 时,其末速为零。已知初速
,则按公式 ,可求得货箱的位移为

在货箱到达最高点 的这一瞬间,处于
的静止状 态[图(c)],且在沿滑道的分力 作用下有下滑趋势。故受到沿滑道向上的静摩擦力 作用。为了判断此时货箱能否下滑,需先求出最大静摩擦力
。由式(3)得 , 可求出

故货箱就停在 点而不下滑。
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