25.如图所示,消防员使用挂钩从高空沿滑杆由静止滑下,滑杆由AO、OB两段直杆通过光滑转轴连接于O处,消防员和挂钩均理想化为质点,且通过O点的瞬间没有机械能的损失。AO长为L1=5m,OB长为L2=10 m。两堵竖直墙的间距d=9m。滑杆A端用铰链固定在墙上,B端用铰链固定在另一侧竖直墙上且位置可以上下改变。挂钩与两段滑杆间动摩擦因数均为μ=0.5。(g=10m/s2),则消防员能到达对面墙的最大速度为______m/s。为了安全,消防员到达对面墙的速度大小不能超过6m/s,则滑杆端点A、B间的最大竖直距离为______m。
5,6.3
(1)设杆OA、OB与水平方向夹角为α、β,由几何关系:d=L1cosα+L2cosβ
得出AO杆与水平方向夹角α=53°
由牛顿第二定律得:
mgsinθ-f=ma
f=μN
N=μmgcosθ
在AO段运动的加速度:a1=gsin53°-μgcos53°=3.2 m/s2,方向沿AO杆向下.
在OB段运动的加速度:a2=gsin37°-μgcos37°=-0.4 m/s2,方向沿BO杆向上.
(2)对全过程由动能定理得 mgh-μmgL1cosα-μmgL2cosβ= mv2-0
其中d=L1cosα+L2cosβ,v≤6 m/s
所以:h=+μd≤10.6m
又因为若两杆伸直,AB间的竖直高度为
h′==
≈10.2m<10.6m
所以AB最大竖直距离应为10.2m.
根据牛顿第二定律分别求出在AO段和OB段的加速度大小和方向,再由运动学公式即可求出B点的速度.(2)对全过程运用动能定理,结合到达另一端的最小速度,求出两端点的高度差
解决本题的关键能够正确地受力分析,运用牛顿第二定律和动能定理进行求解