7.所有力做功的代数和(总功)等于物体动能的增量,即(动能定理)。
如果所研究的物体同时受几个力的作用,而这几个力中只有一个力是变力,其余均为恒力,且这些恒力所做的功和物体动能的变化量容易计算时,用动能定理求功是行之有效的。
例9.质量为m的物体放在水平转台上,它与转台之间的摩擦因数为μ,物体与转轴相距R,物块随转台由静止开始转动。当转速增大到最大时,物体即将在转台上滑动,此时,转台己开始做匀速转动,在这一过程中,摩擦力对物体做的功为( ) A.0 B.2πμmgR C.2μmgR D.μmgR/2 解析:很明显,用直接求功法解此题很困难,但由于物体在转速最大时,它做圆周运动的向心力正好是它受到的最大静摩擦力,即有:μmg =mv2/R,可以求出它的最大速度,而整个过程只有静摩擦力对物体做功,故根据动能定理可以求出摩擦力对其做的功:W=mv2/2=μmgR/2。故选D。
例10. 质量为2kg的均匀链条自然堆放在光滑的水平面上,用20N竖直向上的拉力提起此链条,已知整个链条离地瞬间的速度v=7m/s,求拉力F所做功W之值。(取g=10m/s2)
解析: 作用在链条上的拉力虽然是恒力,但链条上提过程中提起部分的重力逐渐增大,故作用在整个链条上的合力为逐渐减小的变力,链条做变加速运动,难以应用牛顿定律求解。若用功能原理处理运动全过程,则可化难为易。设链长为L,则其重心向上位移H=L/2,根据动能定理,
,
即
①
又由功的定义 W= FL 即L=W/F ②
将式②代入式①,解得:W= 98J。
小结:利用动能定理可以求变力做功,但不能用功的定义式直接求变力功,并且用动能定理只要求始末状态,不要求中间过程。这是动能定理比牛顿运动定律优越的一个方面。
- 答案