Question

一列火車總質(zhì)量m＝500 t，機(jī)車發(fā)動機(jī)的額定功率P＝6×10⁵ W，在軌道上行駛時，軌道對列車的阻力F_f是車重的0．01倍，g取10 m/s²，求：

（1）火車在水平軌道上行駛的最大速度；

（2）在水平軌道上，發(fā)動機(jī)以額定功率P工作，當(dāng)行駛速度為v₁＝1 m/s和v₂＝10 m/s時，列車的瞬時加速度a₁、a₂各是多少；

（3）在水平軌道上以36 km/h速度勻速行駛時，發(fā)動機(jī)的實際功率P′；

（4）若火車從靜止開始，保持0．5 m/s²的加速度做勻加速運動，這一過程維持的最長時間．

Answer 1

解析：（1）列車以額定功率工作時，當(dāng)牽引力等于阻力，即F＝F_f＝kmg時列車的加速度為零，速度達(dá)最大v_m，則：v_m＝＝＝＝12 m/s．

（2）當(dāng)v＜v_m時列車加速運動，當(dāng)v＝v₁＝1 m/s時，

F₁＝＝6×10⁵ N，

據(jù)牛頓第二定律得：a₁＝＝1．1 m/s²

當(dāng)v＝v₂＝10 m/s時，F₂＝＝6×10⁴ N

據(jù)牛頓第二定律得：a₂＝＝0．02 m/s²．

（3）當(dāng)v＝36 km/h＝10 m/s時，列車勻速運動，則發(fā)動機(jī)的實際功率P′＝F_fv＝5×10⁵ W．

（4）據(jù)牛頓第二定律得牽引力F′＝F_f＋ma＝3×10⁵ N，在此過程中，速度增大，發(fā)動機(jī)功率增大．

當(dāng)功率為額定功率時速度大小為v_m′，即v_m′＝＝2 m/s

據(jù)v_m′＝at，得：t＝＝4 s．

答案：（1）12 m/s　（2）1．1 m/s²　0．02 m/s²　（3）5×10⁵ W　（4）4 s