例题2-3-1 装有货物的木箱,所受重力 ,要把它运上汽车。现将长 的木板搁在汽车后部,构成一斜面,然后把木箱沿斜面拉上汽车。斜面与地面成 角,木箱与斜面间的滑动摩擦因数 ,绳的拉力 与斜面成 角,大小为 ,如下图(a)所示。求:(1)木箱所受各力所作的功;(2)合外力对木箱所作的功;(3)如改用起重机把木箱直接吊上汽车,能不能少做些功?
解:(1)木箱的受力图为(b),每个力均为恒力,所作的功分别为
拉力 所作的功
重力 所作的功
正压力 所作的功
为求摩擦力 所作的功,先求出摩擦力的大小。由于木箱在垂直于斜面方向上没有运动,根据牛顿第二定律得

得
摩擦力的大小为

摩擦力 所作的功
因为重力和摩擦力在这里是阻碍物体运动的力,所以它们对物体所作的功都是负值。
(2) 根据合力所做功等于各分力所做功的代数和,算出合力所作的功

(3) 如改用起重机把木箱吊上汽车,这时所用拉力 至少要等于重力 。这个拉力所作的功为
与(1)中 作的功相比较,用了起重机能够少做功。
为了把木箱装上汽车,我们所需要作的最小功等于克服重力所作的功,其大小为 ,我们知道利用斜面或其他机械省力不能省功。这里推力所作的功 大于所需要作的最小功。一方面克服摩擦力做功 ,它最后转变成热量。另一方面使木箱的动能增加了 。 |