问题: 动能和动能定理
电动机通过一绳子吊起质量为8kg的物体,绳的拉力不能超过120N,电动机的功率不能超过1200W,要将此物体由静止起用最快的方式吊高90m(已知此物体在被吊高接近90m时已开始以最大速度匀速上升),所需要的时间为多少?
请写出计算过程,谢谢!
解答:
〔分析解答〕题中有三个极限条件,即绳的最大拉力、电动机的最大功率和用最快的方式起吊,欲球时间最短,总希望以最大功率和最大拉力起吊物体,由P=FV可知,F,v, P 之间的关系是相互制约的,起始阶段P不能以最大功率起吊,否则初始速度较小,将使绳拉力超过绳能承受的最大拉力而被拉断,起吊过程应是:先以绳能承受的最大拉力拉物体,使物体做匀加速运动,此阶段电动机功率持续增大,并达最大功率,第一阶段结束后,接着电机以最大功率提升物体,物体速度进一步增大,而拉力逐渐减小,当拉力等于重力时,物体开始匀速上升。
在匀加速运动过程中加速度为
a=(Fmax-mg)/m=5(m/s^2)
末速度 v1= Pmax/Fmax=10(m/s)
上升时间 t1=v1/a=2(s)
上升高度 h=v1^2=10(m)
在功率恒定的过程中,最后匀速运动的速度为
vmax=Pmax/F=Pmax/mg=15(m/s)
由动能定理得
Pmax•t2-mgh2= m(Vmax)^2/2-mv1^2/2
代入数据后解得 t2=5.75s, t=t1+t2=7.75s.
所需时间至少要 7.75s.
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