绳索和滑轮连接物体的平衡——牛顿第一定律的应用问题及解答

1. 一个质量为5 kg 的箱子放在倾角为 30 °的斜面上。箱子由一根绳子支撑。求绳子的拉力 (T) 和正压力(N)!

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解决方案

绳索和滑轮连接物体的平衡——牛顿第一定律的应用问题及解答 2∑Fx = 0

T – w sin 30 ° = 0

T = w sin 30 °

T = (5 kg)(9.8 m/s² ) sin 30 °

T = (49)(0.5)

T = 24.5 牛顿

∑Fy = 0​

N – w cos 30 ° = 0

N = w cos 30 °

N = (49)(0.87)

N = 43 牛顿

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2. 两个质量分别为 m₁ = m₂ = 2 kg 的物体,通过一根无质量的绳子绕过一个无摩擦的滑轮连接。求绳子的张力T₁和T₂ 。

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解决方案

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(a)物体 1 的受力图 (b)物体 2 的受力图

对物体 1 应用牛顿第一定律:

∑Fy = 0​

T1 – w1 = 0

T₁ = w₁ = m₁g = ( 2 kg)(9.8 m/s² ) = 19.6 N

对物体 2应用牛顿第一定律:

∑Fy = 0​

T2 – w2 = 0

T² = w² = m²g = ( 2 kg)(9.8 m/s² ) = 19.6 N

T1 = T2 = 19.6 N。

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3. 一个重量为w A = 30 N的物体和一个重量为 w B = 40 N的物体通过一根轻质绳索连接,绳索绕过一个质量可忽略不计的无摩擦滑轮。若系统处于静止状态,求w B与斜面之间的最大静摩擦系数。

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解决方案

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(a)物体 w A的受力图(b)物体 w B的受力图

对物体 W A在垂直(y)方向上应用牛顿第一定律:

∑Fy = 0(竖直方向无加速度)

T – w A = 0

T = w A = 30 牛顿

对物体 w B在垂直 (y) 方向上应用牛顿第一定律:

∑Fy = 0​

N – w B cos 45 ° = 0

N = w B cos 45 ° = (40)(0.7) = 28 牛顿

对物体 w B在水平 (x) 方向上应用牛顿第一定律:

∑ F x = 0

F k + w B sin 45 o – T = 0

μ s N + w B sin 45 o – T = 0

μs (28) + (40)(0.7) – 30 = 0

μ s (28) + 28 – 30 = 0

μ s (28) = 30 – 28

μ s (28) = 2

μs = 2 / 28

μs = 0.07

w B与倾斜表面之间的最大静摩擦系数= 0.07。

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