一辆质量为 $m$ 的小汽车以速度 $v_0$ 行驶在一条水平直道上,突然遇到一段长度为 $L$ 的上坡,坡度为 $ heta$,摩擦系数为 $\mu$,小汽车在上坡上行驶的过程中,摩擦力和重力共同作用,小汽车最终停止的位置距离上坡起点的距离为多少?
解题思路:
首先,我们可以根据能量守恒定理来解决这道题目。小汽车在水平直道上的动能为 $\frac{1}{2}mv_0^2$,在上坡上停止时,它的动能全部转化为重力势能和摩擦力做功的热能。因此,我们可以得到以下的能量守恒方程:
$$\frac{1}{2}mv_0^2 = mgh + W_f$$
其中,$g$ 为重力加速度,$h$ 为上坡的高度,$W_f$ 为摩擦力做功的热能,可以表示为 $W_f = \mu mgL\sin heta$。将其代入上式中,可以得到:
$$\frac{1}{2}mv_0^2 = mgL\sin heta + \mu mgL\sin heta$$
化简后,可以得到:
$$L = \frac{v_0^2}{2g(\sin heta + \mu\cos heta)}$$
因此,小汽车最终停止的位置距离上坡起点的距离为 $L$。
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