一质量为500 t的机车,以恒定功率375 kW由静止出发,经过5 min速度达到最大值54 km/h,设机车所受阻力f恒定不变,取g=10 m/s2,试求:
(1)机车受到的阻力f的大小.
(2)机车在这5 min内行驶的路程.
知识点:动能和动能定理
研究对象为机车.首先分析物理过程:机车以恒定功率P0由静止出发→速度v增加→牵引力F减小(P0=Fv)→合力减小(F合=F-f)→加速度减小(a=)→速度继续增加→直至合力减小为0,加速度a=0,速度达到最大.
可见机车在这5 min内做的是加速度减小、速度不断增大的变速运动.当机车的速度达到最大时,P0=Fvmax,此时F=f,机车的受力情况如图所示.
(1)已知P0=375 kW=3.75×105 W
vmax=54 km/h=15 m/s
根据P0=Fvmax时F=f,得:P0=fvmax
机车受到的阻力f== N=2.5×104 N.
(2)机车在这5 min内,牵引力为变力,做正功,阻力做负功,重力、弹力不做功.
根据P0=,牵引力做的功为:WF=P0·t
根据动能定理有:
P0·t-f·s=mv-0
解得:s=
= m
=2250 m.