2-5质点系的功能原理  机械能守恒定律
 

例题2-5-1   一汽车的速度,驶至一斜率为0.010的斜坡时,关闭油门。设车与路面间的摩擦阻力为车重的0.05倍,问汽车能冲上斜坡多远?

解法一:取汽车为研究对象。汽车上坡时,受到三个力的作用:一是沿斜坡方向向下的摩擦力,二是重力,方向竖直向下,三是斜坡对物体的支持力,如图所示。设汽车能冲上斜坡的距离为,此时汽车的末速度为零。根据动能定理,并考虑到不作功,则
                (1)
    上式说明,汽车上坡时,动能一部分消耗于反抗摩擦力做功,一部分消耗于反抗重力做功。因
            ,所以


汽车沿斜坡上冲
                  (2)
   按题意,,表示斜坡与水平面的夹角很小,所以,并因,上式可化成
                       (3)
    或
            
    代入已知数字得
            

解法二:取汽车和地球这一系统为研究对象,则系统内只有汽车受到两个外力的作用,运用系统的功能原理,有
            
    即
                     (4)
    上式说明,汽车在上坡前动能和势能(设为零)的总和大于上坡后动能(为零)和势能的总和,汽车在上坡中机械能减少了,它所减小的能量等于反抗摩擦力所作的功。代入已知数字,同样解得

从这个例子中我们看到,在应用动能定理时,必须计算一切外力(包括重力)所作的功,但如果考虑了系统的重力势能而应用系统的功能原理,那么就不能再把重力看做外力,也不必再计算重力作的功。