Question

為了解決高樓救險中云梯高度不夠高的問題，可在消防云梯上再伸出輕便的滑桿，如圖為一次消防演習中模擬解救被困人員的示意圖，被困人員使用安全帶上的掛鉤掛在滑桿上、沿滑桿下滑到消防云梯上逃生．為了安全，被困人員滑到云梯頂端的速度不能太大，通�；瑮U由 AO、OB兩段直桿通過光滑轉(zhuǎn)軸在O處連接，滑桿A端用掛鉤鉤在高樓的固定物上，且可繞固定物自由轉(zhuǎn)動，B端用鉸鏈固定在云梯上端，且可繞鉸鏈自由轉(zhuǎn)動，以便調(diào)節(jié)被困人員滑到云梯頂端的速度大小．設被困人員在調(diào)整好后的滑桿上下滑時滑桿與豎直方向的夾角保持不變，被困人員可看作質(zhì)點、不計過O點時的機械能損失．已知AO長L₁=6m，OB長L₂=12m，豎直墻與云梯上端點B的水平距離d=13.2m，被困人員安全帶上的掛鉤與滑桿AO間、滑桿OB間的動摩擦因數(shù)均為μ=5/6，被困人員到達云梯頂端B點的速度大小不能超過6m/s，取g=10m/s²．
（1）現(xiàn)測得OB與豎直方向的夾角為53，請分析判斷被困人員滑到B點是否安全．（sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（2）若云梯頂端B點與豎直墻間的水平距離保持不變，求能夠被安全營救的被困人員與云梯頂端B的最大豎直距離．（結果可用根式表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）對OA由幾何關系可求得夾角，對人受力分析由牛頓第二定律可求得加速度的大小及方向；
再運用運用學公式求得被困人員到達云梯頂端B點速度，去進行比較．
（2）對全程由動能定理可得出重力及摩擦力做功與動能的關系，由幾何關系可求得最大距離．
解答：解：（1）設桿OA、OB與豎直方向的夾角分別為α、β，由幾何關系：
d=L₁sinα+L₂sinβ            
α=37°
由牛頓第二定律：
mgcosα-μmgsinα=ma₁      
a₁=3m/s² 
V²=2a₁L₁
 V=6m/s
mgcosβ-μmgsinβ=ma₂ 
a₂=-2/3m/s² 
V_B²-V²=2（-a₂）L₂

因V_B＜6m/s，被困人員能安全到達云梯頂端B點．
（2）設滑桿兩端點AB的最大豎直距離為h，對被困人員下滑全過程由動能定理得：
d=L₁sinα'+L₂sinβ'

h≤12.8m
若兩桿伸直，AB間的豎直高度為：


h'＜h
所以能夠被安全營救的被困人員與云梯頂端B的最大豎直距離應為h_m=12.24m．
答：（1）現(xiàn)測得OB與豎直方向的夾角為53，被困人員滑到B點是安全的．
（2）若云梯頂端B點與豎直墻間的水平距離保持不變，能夠被安全營救的被困人員與云梯頂端B的最大豎直距離是12.24m．
點評：本題重點在于對幾何關系的認識，要注意找出題目中的臨界條件，再結合能量關系即可求出所要求的量來．