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据报道,一儿童玩耍时不慎从45 m高的阳台上无初速掉下,在他刚掉下时恰被楼下一社区管理人员发现,该人员随即迅速由静止冲向儿童下落处的正下方楼底,准备接住儿童.已知管理人员到楼底的距离为18 m,为确保能稳妥安全接住儿童,管理人员将尽力节约时间,但又必须保证接住儿童时没有水平方向的冲击.不计空气阻力,将儿童和管理人员都看作质点,设管理人员奔跑过程中只做匀速或匀变速运动,g取10 m/s2.

(1)管理人员至少用多大的平均速度跑到楼底?

(2)若管理人员在奔跑过程中做匀加速或匀减速运动的加速度大小相等,且最大速度不超过9 m/s,求管理人员奔跑时加速度的大小需满足什么条件?

答案

解析:(1)对儿童下落过程,由运动学公式得h=gt20                             ①

管理人员奔跑的时间t≤t0                                                      ②

对管理人员奔跑过程,由运动学公式得s=t                                      ③

由①②③并代入数据解得≥6 m/s

即管理人员至少用6 m/s的平均速度跑到楼底.

(2)假设管理员先匀加速接着匀减速奔跑到楼底,奔跑过程中的最大速度v0,由运动学公式得:

得v0==12 m/s>vm=9 m/s

故管理人员应先匀加速到vm=9 m/s,再匀速,最后匀减速奔跑到楼底.

设匀加速、匀速、匀减速过程的时间分别为t1、t2、t3

位移分别为s2、s2、s3.

由运动学公式得s1=at21                                                       ④

s3=at23                                                                     ⑤

s2=vmt2                                                                       ⑥

vm=at1=at3                                                                    ⑦

又t1+t2+t3≤t0                                                                 ⑧

s1+s2+s3=s                                                                    ⑨

由④⑤⑥⑦⑧⑨并代入数据得a≥9 m/s2

答案:(1)6 m/s  (2)a≥9 m/s2


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