题目
高空作业时系安全带是非常必要的。假如一质量为51.0kg的人,在操作时不慎从高空竖直跌落下来,由于安全带的保护,最终使他被悬挂起来。已知此时人离原处的距离为2.0m, 安全带弹性缓冲作用时间为0.50s。求安全带对人的平均冲力。
高空作业时系安全带是非常必要的。假如一质量为51.0kg的人,在操作时不慎从高空竖直跌落下来,由于安全带的保护,最终使他被悬挂起来。已知此时人离原处的距离为2.0m, 安全带弹性缓冲作用时间为0.50s。求安全带对人的平均冲力。
题目解答
答案
跌落 2.0 m时速度为 

人受到重力和安全带的冲力
由动量定理 


解析
步骤 1:计算人跌落时的速度
根据自由落体运动的公式,可以计算出人跌落2.0m时的速度。公式为 $v = \sqrt{2gh}$,其中 $g$ 是重力加速度,$h$ 是跌落的高度。
步骤 2:应用动量定理
动量定理表明,作用在物体上的合外力的冲量等于物体动量的变化。这里,人受到重力和安全带的冲力,安全带的冲力为未知数,需要求解。动量定理的公式为 $(N - mg)\Delta t = 0 - (-mv)$,其中 $N$ 是安全带对人的平均冲力,$m$ 是人的质量,$g$ 是重力加速度,$\Delta t$ 是安全带弹性缓冲作用时间,$v$ 是人跌落时的速度。
步骤 3:求解安全带对人的平均冲力
将步骤1中计算出的速度代入步骤2中的动量定理公式,求解安全带对人的平均冲力 $N$。
根据自由落体运动的公式,可以计算出人跌落2.0m时的速度。公式为 $v = \sqrt{2gh}$,其中 $g$ 是重力加速度,$h$ 是跌落的高度。
步骤 2:应用动量定理
动量定理表明,作用在物体上的合外力的冲量等于物体动量的变化。这里,人受到重力和安全带的冲力,安全带的冲力为未知数,需要求解。动量定理的公式为 $(N - mg)\Delta t = 0 - (-mv)$,其中 $N$ 是安全带对人的平均冲力,$m$ 是人的质量,$g$ 是重力加速度,$\Delta t$ 是安全带弹性缓冲作用时间,$v$ 是人跌落时的速度。
步骤 3:求解安全带对人的平均冲力
将步骤1中计算出的速度代入步骤2中的动量定理公式,求解安全带对人的平均冲力 $N$。