带摩擦因子的加速度距离计算公式

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因为要写一个库,用以模拟现实世界的运动逻【本文首发于唐霜的博客】【转载请注明来源】辑。在经典力学里,我们常常用匀速运动来说【未经授权禁止转载】【原创不易,请尊重版权】事,但现实中哪有那么好的事情,摩擦力等阻著作权归作者所有,禁止商业用途转载。著作权归作者所有,禁止商业用途转载。力会让速度慢下来,重力加速度会让速度越来原创内容,盗版必究。未经授权,禁止复制转载。越快等等。

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已知:某物体以 v1 的初始速度被加速前进,t1 秒后,速度达到了 v2(v2 > v1)。

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求:t2(t2 > t1)时停止加速,物体滑行多长距离之后停下来【原创内容,转载请注明出处】【原创不易,请尊重版权】

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当看到这个题目,作为文科生,我完全懵逼,【本文首发于唐霜的博客】【本文受版权保护】把毕生学到当物理学知识翻出来也找不到快速【版权所有,侵权必究】【本文首发于唐霜的博客】解决的办法。所以,只能通过自己的推演慢慢【版权所有】唐霜 www.tangshuang.net【关注微信公众号:wwwtangshuangnet】解决这道题目。

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分析

这道题的特别之处在于受到了阻力影响,且运【关注微信公众号:wwwtangshuangnet】【版权所有】唐霜 www.tangshuang.net动过程分为两段。那么接下来我们来进行受力【未经授权禁止转载】本文作者:唐霜,转载请注明出处。分析。

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第 1 阶段由于受到比 f 大的 F 力原创内容,盗版必究。【转载请注明来源】的助推,所以呈实际受力为 F ̵【未经授权禁止转载】【未经授权禁止转载】1; f 的推力,匀加速运动。第 2 阶【访问 www.tangshuang.net 获取更多精彩内容】【原创内容,转载请注明出处】段由于只受 f 阻力,所以呈匀减速运动。

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关于加速运动用到的公式有如下:

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  • 求加速度公式 a = (v2 – v1) / t
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  • 求距离公式 s = v1t + at2/2
  • 【版权所有,侵权必究】【访问 www.tangshuang.n【未经授权禁止转载】【版权所有】唐霜 www.tangshuang.netet 获取更多精彩内容】【版权所有,侵权必究】

且公式中如果 v1 为 0,那么更加简单。

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由于第 2 阶段物体停下来,只受 f 阻【版权所有】唐霜 www.tangshuang.net【关注微信公众号:wwwtangshuangnet】力影响,因此,我们只需要知道 f 所带来的减速度,以及【访问 www.tangshuang.net 获取更多精彩内容】【版权所有,侵权必究】 t2 时的即时速度即可算出滑行需要的时间,进未经授权,禁止复制转载。【本文受版权保护】而算出滑行距离

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开始解题

1.计算第一阶段加速度

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a1 = (v2 – v1) / t

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2.计算到达 t2 时的速度

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vx = a1 * t2 = (v2 – v1) * t2 / t

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3.计算计算阻力减速度

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即时速度比较好算,但是 f 所带来的减速本文作者:唐霜,转载请注明出处。【访问 www.tangshuang.net 获取更多精彩内容】度是多少呢?

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根据牛顿第二定律 F = ma。因为质量【作者:唐霜】【作者:唐霜】固定,所以摩擦力 f 所产生的减速度 ax 是固定的。同时根据动摩擦力公式 f =【关注微信公众号:wwwtangshuangnet】【原创不易,请尊重版权】 µFn = µG = µmg(µ 为动摩擦因子【转载请注明来源】转载请注明出处:www.tangshuang.net)。质量和重力加速度都是固定的,所以最终【原创内容,转载请注明出处】未经授权,禁止复制转载。 ax 的大小仅仅和动摩擦因子有关,也就是物质【转载请注明来源】转载请注明出处:www.tangshuang.net表面的粗糙程度,ax = ƒ(µ)。

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现在,我们假设在没有阻力的情况下所产生的【转载请注明来源】【本文首发于唐霜的博客】加速度为 a0

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kµ = ax / a0

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即损失加速度与理想状态(无阻力)加速度之著作权归作者所有,禁止商业用途转载。转载请注明出处:www.tangshuang.net比,k 为一个常量系数,表示摩擦因子与加【原创不易,请尊重版权】著作权归作者所有,禁止商业用途转载。速度损失之间的某种特定关系,那么

著作权归作者所有,禁止商业用途转载。转载请注明出处:www.tangshua转载请注明出处:www.tangshuang.net【访问 www.tangshuang.net 获取更多精彩内容】ng.net【本文首发于唐霜的博客】

ax = ƒ(µ) ≈ µa0

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而对于同一个事物,µ 是固定不变的。又因本文作者:唐霜,转载请注明出处。【原创内容,转载请注明出处】

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ax = a0 – a1

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所以

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ax = µa0 = a0 – a1
【原创不易,请尊重版权】 => a0 = a1 / (1 – µ)
著作权归作者所有,禁止商业用途转载。 => ax = a0 – a1 = a1 / (1 – µ) 著作权归作者所有,禁止商业用途转载。【版权所有】唐霜 www.tangshuang.net211; a1
【版权所有】唐霜 www.tangshu著作权归作者所有,禁止商业用途转载。【转载请注明来源】ang.net => ax = µa1 / (1 – µ) = µ【本文受版权保护】未经授权,禁止复制转载。(v2 – v1) / t(1 – µ)

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现在我们得到了摩擦力带来的减速度。

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4. 计算停下来要花的时间

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我们就可以得到从 t2 开始减速到停止所需要花费的时间:

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tx = vx / a

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5. 计算停下来之前滑行的路程

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在该时间内物体前进的距离是多少呢?

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sx = ax * tx/ 2

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经过上面这些步骤我们就算出了物体滑行的距转载请注明出处:www.tangshuang.net【转载请注明来源】离。

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