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題目:一物體在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng),其速度為v。現(xiàn)在給它施加一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力F,使其速度增加到原來的兩倍。求這個(gè)外力F的大小。
解析:
物體在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),受到重力、支持力和摩擦力三個(gè)力的作用而平衡。現(xiàn)在給它施加一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力F,使其速度增加到原來的兩倍,說明這個(gè)外力F與摩擦力等大反向,且與支持力的合力與外力F等大反向。
根據(jù)牛頓第二定律,有:F - f = ma,F(xiàn) = f + N - mgN = mg + F'其中f為摩擦力,a為加速度,m為物體質(zhì)量,N為支持力,g為重力加速度。
由于物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以摩擦力f = 0。又因?yàn)槲矬w受到的支持力N不變,所以有F = F'。
由于物體速度增加到原來的兩倍,所以有v = 2v',即物體的加速度a = 2v/t = 2v/t = 2v/t。
將上述兩個(gè)式子代入上式可得:F = 3v^2/t = 3v^2/t。
因此,這個(gè)外力F的大小為3v^2/t。
這個(gè)題目考察了牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí),需要考生能夠正確分析物體的受力情況,并能夠根據(jù)題目所給條件列方程求解。