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运=65kg,吊椅的质量为m椅=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=1ms−2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=10ms−2。
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: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:
T−F=m绳gT=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+FN−m运g=m运aF+FN−650N=65NF+FN=715N…(1)
吊椅:
F−FN−m架g=m架aF−FN−150N=15NF−FN=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运+m椅)g=(m运+m椅)a2F−800N=80N2F=880NF=440N运动员(也可用吊椅算):
F+FN−m运g=m运a440N+FN−650N=65NFN=275N
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