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普考申論題 106年 [機械工程] 機械力學概要

第 一 題

📖 題組:
如圖有個 40.8 kg 的物體停置於 20°的斜面上,該物體與斜面間的動摩擦係數為 0.35。用一個 740 N 的力開始推動該物體,當該物體沿著斜面速度為 0.6 m/s 時:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

動摩擦力為若干?(10 分)

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本題為典型的斜面摩擦力計算題。解題關鍵在於正確繪製自由體圖(FBD),並將所有作用力分解至平行與垂直斜面的方向。需特別注意外力 740 N 與水平面的夾角為 30°,而斜面與水平面夾角為 20°,因此該外力與斜面的實際夾角為 50°,這是許多考生容易出錯的陷阱。利用垂直斜面方向合力為零(ΣFy = 0)求出正向力 N,再代入動摩擦力公式即可求解。題目給定的速度 0.6 m/s 僅為確認物體處於滑動狀態的條件,不參與實際計算。

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【解題關鍵】建立與斜面平行的座標系,利用垂直斜面方向的力平衡求出正向力,再代入動摩擦力公式 f_k = μ_k * N 求解。 【解答】 計算:

小題 (二)

應用功與能的原理求解該物體沿著斜面行進的距離?(10 分)

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面對斜面受力問題,首要步驟是建立平行與垂直於斜面的局部座標系,並繪製自由體圖 (FBD)。透過垂直方向的力平衡求得正向力與動摩擦力,計算出沿斜面的淨力後,即可直接套用功與能原理(淨力作功 = 動能變化量)解出未知的行進距離。

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【解題關鍵】建立平行與垂直斜面的局部座標系進行受力分析,並應用功與能原理($U_{1\to 2} = \Delta E_k$)求解。 【解答】 Step 1:建立座標系與自由體圖 (FBD) 分析

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