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玻璃水滑道滑行速度及能量转换分析碰撞安全性

2020-10-19

玻璃水滑道系统的初、末状态机械能守恒,动能增加量等于势能减少量,在重力做功的情形下,物体的重力势能和动能发生相互转化,但总机械能保持不变。

    玻璃水滑道滑行速度及能量转换分析碰撞安全性

    重力势能与动能概念分析
    1、动能
    物体由于运动而具有的能量叫动能;
    公式: Ek= mv2
    动能是标量,只有大小没有方向;动能是状态量,因为动能对应的是物体的一个运动状态;动能是相对量,因为速度具有相对性,参考系不同速度往往不同,动能也就不同,一般取地面作为惯性参考系;动能相等的两个物体,它的速度不一定相等。动能单位是J。它的推导过程是 1kg•m2/s2=1N•m=1J
    2、 动能定理
 (1)动能定理的推导

   即合力所做的功,等于物体动能的变化。
 (2)动能定理的表述
   合外力做的功等于物体动能的变化。(这里的合外力指物体受到的所有外力的合力,包括重力)。表达式为W=△Ek,动能定理也可以表述为:外力对物体做的总功等于物体动能的变化。实际应用时,后一种表述比较好操作。不必求合力,特别是在全过程的各个阶段受力有变化的情况下,只要把各个力在各个阶段所做的功都按照代数和加起来,就可以得到总功。

     3.重力势能
   (1)定义:物体由于被举高而具有的能量.
   (2)重力势能的表述式
      物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积,重力势能是标量,也是状态量,其单位为J
   (3)重力做功与重力势能的关系
     重力做功只跟物体的运动过程中初、末位置的高度差有关,而与运动的路径无关。 当物体下落时,重力做正功,重力势能 减少,减少的值等于重力所做的功.当物体上升时,重力做负功,重力势能E增加,增加的值等于重力所做的功物体下落,物体上升  。   
   (4)重力势能具有相对性.
     定了参考平面,物体重力势能才有确定值.(通常以水平地面为零势能面),重力势能的变化与参考平面选择无关.

玻璃水滑道滑行能量转化,根据机械能守恒公式:重力势能+动能=机械能,重力势能转动能,是因为从高处到低处的过程中有重力持续在做功,导致物体速度增加,动能增加,即转化为动能。重力势能做功,一部分转化为动能,一部分转化为摩擦力所做的功,重力势能为与物体位置相关的能量,重力势能具有相对性。表达式为 Ep=mgh 其中,m为质量,单位千克;g为重力常数,9.8N/kg;h为高度,物体相对于势能参照面的高度(具有相对性,势能参考面选择不同,则h不同),单位米。需要注意的是,h的数值具有相对性,但是对于一个运动过程来说,初始位置和最终位置的Δh是代数值,没有相对性。

     玻璃水滑道系统的初、末状态机械能守恒,动能增加量等于势能减少量,在重力做功的情形下,物体的重力势能和动能发生相互转化,但总机械能保持不变。整体漂流速度在能量转化之间变化,在缓慢坡度的控制下,漂流的平均速度由能量转化公式计算得出,漂流速度在2m/s——5m/s之间,乘坐人数计算玻璃水滑道侧板玻璃单点承受冲击力:每条船乘坐2人,每人按100kg考虑,本条船在漂流过程中质量M=200kg,漂流过程中平均滑行速度V=3m/s时,冲击力=m*v=600N,根据钢化玻璃出厂检测报告得出玻璃可承受冲击力为2000N,此时计算600N<2000N,故漂流船在漂流的过程中单点冲击力在安全设计范围内,乘坐皮筏艇在玻璃水滑道滑行漂流的过程是在遵守机械能量转换的过程,从上站起点到下站缓冲区滑行将机械能相互转换,在皮筏艇保护下个别碰撞属于正常现象,在安全范围内。

 

 

 

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