如圖所示為糧站常用的皮帶傳輸裝置,它由兩臺(tái)皮帶傳輸機(jī)組成,一臺(tái)水平傳送,AB兩端相距3 m;另一臺(tái)傾斜,傳送帶與地面傾角θ=37°,CD兩端相距4.45 m,B、C相距很近.水平部分AB以5 m/s的速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),將質(zhì)量為10 kg的一袋米放在A端,到達(dá)B端后,速度大小不變地傳到傾斜的CD部分,米袋與傳輸帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.求:

(1)若CD部分不運(yùn)轉(zhuǎn),求米袋沿傳輸帶所能上升的最大距離;

(2)若要米袋能被送到D端,CD部分運(yùn)轉(zhuǎn)速度應(yīng)滿足的條件及米袋從C→D所用時(shí)間的取值范圍.

解析:(1)由分析可知,米袋在到達(dá)B點(diǎn)之前就達(dá)到了與傳送帶相同的速度,由牛頓第二定律,得mgsinθ+μmgcosθ=ma,所以a=g(sinθ+μcosθ)=10 m/s2,所以能滑上的最大距離s==1.25 m.

(2)設(shè)CD部分運(yùn)轉(zhuǎn)速度為v時(shí),米袋恰能到達(dá)D點(diǎn),則:

米袋速度減為v之前加速度a1=g(sinθ+μcosθ)=10 m/s2,米袋速度小于v時(shí)加速度a2=g(sinθ-μcosθ)=2 m/s2.由=4.45,解得v=4 m/s.即要把米袋送到D點(diǎn),CD部分速度vCD≥v=4 m/s,且應(yīng)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng).

米袋恰能運(yùn)到D點(diǎn)(即米袋到達(dá)D點(diǎn)時(shí)速度恰為零)所用時(shí)間最長(zhǎng)為tmax==2.1s.

若CD部分速度較大,使米袋沿CD上滑時(shí)所受摩擦力一直沿皮帶向上,則所用時(shí)間最短.此種情況米袋加速度一直為a2,由sCD=v0t-a2t2得t=1.16 s,即tmin=1.16 s.所以所求時(shí)間范圍為1.16 s≤t≤2.1 s.

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