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火车以速度v1匀速行驶,司机发现前方同轨道上相距s处有另一火车沿同方向以速度v2(对地,且v1>v2)做匀速运动,司机立即以加速度a紧急刹车,要使两车不相撞,a应满足什么条件?

答案

思路点拨:后车刹车后虽做匀减速运动,但在其速度减小至v2相等之前,两车的距离仍将逐渐减小;当后车速度减小至小于前车速度后,两车距离将逐渐增大.可见,当两车速度相等时,两车距离最近,若后车减速的加速度过小,则会出现后车速度减为与前车速度相等之前即追上前车,发生撞车事故;若后车加速度过大,则会出现后车减为与前车速度相等时仍未追上前车,根本不可能发生撞车事故;若后车加速度大小等于某值时,恰能使两车在速度相等时后车追上前车,这正是两车恰不相撞的临界状态,此时对应的加速度即为两车不相撞的最小加速度.

解析:解法一:设经时间t,恰追上而不相撞,则:

v1t+

a0t2=v2t+s

v1+a0t=v2

解得a0=

即a≥

时两车不会相撞.

解法二:要使两车不相撞,其位移关系应为

v1t-

a0t2≤v2t+s

a0t2+(v2-v1)t+s≥0

对任一时间t,不等式都成立的条件为

Δ=(v2-v1)2-2as≤0

由此可得a≥

.

解法三:以前车为参考系,刹车后后车相对前车做初速度v0=v1-v2、加速度为a的匀减速直线运动,当后车相对前车的速度减为零时,若相对位移s′≤s,则不会相撞.故有

s′=

=≤s

得a≥

.

解法四:两列火车运动的速度图象如图1-2-4所示,由图可知阴影部分的三角形面积是两车速度相等时的位移之差Δs,若Δs≤s1,两者不相碰,则

图1-2-4

Δs=

·t1=·≤s

即a≥

.

答案:a≥


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