如图所示是建筑工地常用的一种“深穴打夯机”.工作时,电动机带动两个紧压夯杆的滚轮匀速运转将夯杆从深为h的坑中提上来,当两个滚轮彼此分开时,夯杆被释放,最后夯杆在自身的

◎ 题目

如图所示是建筑工地常用的一种“深穴打夯机”.工作时,电动机带动两个紧压夯杆的滚轮匀速运转将夯杆从深为h的坑中提上来,当两个滚轮彼此分开时,夯杆被释放,最后夯杆在自身的重力作用下,落回深坑夯实坑底.然后,两个滚轮再次压紧夯杆,夯杆再次被提上来,如此周而复始工作.已知两个滚轮的半径为R=40cm,角速度ω=10rad/s,每个滚轮对夯杆的正压力FN=2×104 N,滚轮与夯杆的动摩擦因数μ=0.3,夯杆质量m=1×103 kg,坑深h=6.4m.假定在打夯的过程中坑的深度不变,且夯杆底端刚到坑口时,速度恰好为零.取g=10m/s2

2
=1.4
.求:
(1)夯杆上升过程中被滚轮释放时的速度为多大;此时夯杆底端离坑底多高;
(2)每次打夯的周期为多少.
魔方格

◎ 答案

(1)根据牛顿第二定律得,2f-mg=ma
解得a=
2f-mg
m
=
2×0.3×2×104-1×104
1×103
m/s2
=2m/s2
设夯杆上升过程中被滚轮释放时的速度为v,
根据h=
v2
2a
+
v2
2g
,解得v=
8

3
3
m/s

因为滚轮的线速度v=Rω=4m/s
8

3
3
m/s.
所以夯杆上升过程中经历了匀加速直线运动,匀速直线运动和匀减速直线运动.夯杆上升过程中被滚轮释放时的速度为4m/s.
此时夯杆底端离坑底的高度h1=
v2
2a
=
16
4
m=4m

(2)夯杆上升过程中经历了匀加速直线运动,匀速直线运动和匀减速直线运动.
向上匀加速直线运动的时间t1=
v
a
=
4
2
s=2s
,匀减速直线运动的时间t3=
v
g
=0.4s

匀减速直线运动的位移
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