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14 四月 2019

力学:运动员坐在吊椅上拉自己上去

问题:

一根不可伸缩的轻绳跨过一定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住。运动员向下拉绳子,可使他和吊椅一起向上作加速运动。
设运动员的质量m=65kg,吊椅的质量为m=15kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦。当运动员与吊椅一起正以加速度a=1ms2上升时,试求:
 (a) 运动员向下拉绳的力,
 (b) 运动员对吊椅的压力。
重力加速度取g=10ms2

解法一:


运动员在拉绳子的过程中,他可能会因为绳子的拉力而"浮"起来一点,也会因为他拉的吊椅而帮忙"托"他上来(支持力),所以我们可将他和吊椅分开来算。

T:绳子张力
m:绳子质量=0kg
F:拉力
FN:运动员对吊椅的压力(也是吊椅对运动员的支持力)

绳子:
TF=mgT=F
(这步简单,也可省略,直接当椅子受到的绳子拉力=F

运动员:
(这里的F和上式的F互为反作用力:运动员要拉下绳子、绳子有拉力拉回他)
F+FNmg=maF+FN650N=65NF+FN=715N(1)

吊椅:
FFNmg=maFFN150N=15NFFN=165N(2)
(1)+(2):2F=880NF=440N(1)(2):2FN=550NFN=275N

解法二:


可以将运动员和吊椅当成一整体计算,不过"麻烦"的是要看得出:绳子拉了运动员,力为F,也拉了吊椅F,力也为F,共2F。

那么(暂时就不需考虑运动员与吊椅之间的压力/支持力):
2F(m+m)g=(m+m)a2F800N=80N2F=880NF=440N
运动员(也可用吊椅算):
F+FNmg=ma440N+FN650N=65NFN=275N

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