牛顿运动定律在电梯中的应用——问题与解答

1. 一名 50 kg 的人在电梯中。重力加速度为10 m/s² 。求电梯对该物体施加的正压力,已知:

(a)电梯处于静止状态

(b)电梯以恒定速度向下运动

(c)电梯以恒定加速度5/s²向上加速

(d)电梯以恒定的5米/秒²加速度向下加速

(e)自由落体电梯

解决方案

牛顿运动定律在电梯中的应用——问题与解答 1已知:

人的质量(m) = 50 kg

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

重量(w) = mg = (50)(10) = 500 牛顿

求:正压力(牛顿)

解决方案:

(a)电梯处于静止状态

电梯处于静止状态,因此没有加速度(a = 0)。

我们选择向上方向为正方向,向下方向为负方向。

Σ F = ma

N – w = 0

N = w

N = 500 牛顿

(b)电梯以恒定速度向下运动

匀速运动,因此没有加速度(a = 0)。

我们选择向上方向为正方向,向下方向为负方向。

Σ F = ma

N – w = 0

N = w

N = 500 牛顿

(c)电梯以恒定的5米/秒²加速度向上加速

加速度的方向向上,所以我们选择向上为正方向。

N – w = ma

N = w + ma

N = 500 + (50)(5)

N = 500 + 250

N = 750 牛顿

人会感觉到地板向上推的力比电梯静止或匀速运动时更大。

如果一个人站在体重秤上,体重秤会显示这个人对体重秤施加的向下力的大小。根据牛顿第三定律,这等于体重秤对这个人施加的向上正压力的大小。

(d)电梯以恒定的5米/秒²加速度向下加速

加速度的方向向下,所以我们选择向下为正方向。

w – N = ma

N = w – ma

N = 500 – (50)(5)

N = 500 – 250

N = 250 牛顿

该人的体重为 250 N,小于实际体重 w = 500 N。

(e)自由落体电梯

自由落体是指电梯的加速度与重力加速度相同。重力加速度的大小为 9,8 m/s²,方向向下指向地心。电梯的速度随时间线性增加,每秒增加 9,8 m/ s。

加速度的方向向下,所以我们选择向下为正方向。

w – N = ma

N = w – ma

N = 500 – (50)(10)

N = 500 – 500

N = 0时

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2. 求电梯钢索的张力。电梯质量 = 2000 kg。

(a)电梯处于静止状态

(b)电梯以恒定的5米/秒²加速度向下加速

(c)电梯以恒定的5米/秒²加速度向上加速

(d)自由落体中的电梯

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

解决方案

牛顿运动定律在电梯中的应用——问题与解答 2已知:

电梯质量 (m) = 2000 kg

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

重量 (w) = mg = (2000)(10) = 20,000 牛顿

求:张力(T)

解决方案:

(a)电梯处于静止状态

电梯处于静止状态,因此没有加速度(a = 0)。

我们选择向上方向为正方向,向下方向为负方向。

Σ F = ma

T – w = 0

T = w

T = 20,000 牛顿

缆绳张力 (T) = 电梯重量 (w) = 20,000 牛顿

(b)电梯以恒定的5米/秒²加速度向下加速

加速度的方向向下,所以我们选择向下为正方向。

w – T = ma

T = w – ma

T = 20,000 – (2000)(5)

T = 20,000 – 10,000

T = 10,000 牛顿

c) 电梯以恒定的 5 m/s² 加速度向上加速

加速度的方向向下,所以我们选择向上为正方向。

T – w = ma

T = w + ma

T = 20,000 + (2000)(5)

T = 20,000 + 10,000

T = 30,000 牛顿

(d)自由落体中的电梯

加速度的方向向下,所以我们选择向下为正方向。

w – T = ma

T = w – ma

T = 20,000 – (2000)(10)

T = 20,000 – 20,000

吨= 0

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