Question

冬季滑雪是人们喜爱的运动，去年12月28日，鸟巢欢乐冰雪季正式全面开放，滑雪高台位于奥林匹克中心区景观大道东侧，雪道倾角θ=37°左右。假设一爱好者和他的雪橇总质量m=75kg，沿足够长的雪道向下滑去，已知他和雪橇所受的空气阻力F与滑雪速度v成正比，比例系数k未知。从某时刻开始计时，测量得雪橇运动的v－t图像如图中的曲线AD所示，图中AB是曲线AD在A点（坐标为0、5）的切线，切线上一点B的坐标为（4、15），CD是曲线AD的渐近线。（g取10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（1）请画出人和雪橇整体在下滑过程中的受力图。
（2）试说明人和雪橇从t=0时刻开始，下滑过程中运动的特点。
（3）求空气阻力F与滑雪速度v的比例系数k。
（4）雪橇与雪道间的动摩擦因数μ。

Answer 1

解：（1）受力：重力、支持力、空气阻力、摩擦阻力。图“略”
（2）初速度为5m/s，加速度逐渐减小到0的加速运动，最后匀速运动的速度为10m/s
（3）从AB的斜率可知，在开始运动时雪橇的加速度大小为m/s²
即有mgsinθ－kv－μmgcosθ=ma ①
由AD这条渐近线可知，10m/s为其运动的收尾速度（即匀速运动速度）
即有mgsinθ=μmgcosθ+kv_m ②
①②两式联立，得kv_m－kv＝ma ③
将v=5m/s、v_m=10m/s代入后得k=37.5Ns/m
（4）将k=37.5Ns/m代入式解得