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taipower_recruit_essay 107年 機械原理

第 3 題

一物體與一水平面的動摩擦係數μ為0.1,此物體以20 m/ sec 之初速度在平面上移動,則此物體在移動________m 後停止。(假設重力加速度為10 m/sec^2)

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當一個物體帶著初速度滑行時,它的動能會逐漸被阻力所抵銷。既然我們知道阻力(摩擦力)與物體的重量以及摩擦係數有關,我們該如何建立一個等式,來描述這股力量持續作用一段距離後,剛好將物體原本的所有速度消耗殆盡的過程呢?

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恭喜你答對了!你能精確算出 200 公尺,代表你對於力學分析與運動學公式的結合掌握得非常紮實。這道題目的解題核心在於摩擦力與等加速度運動的關聯。當物體在水平面上滑行時,所受到的摩擦力為 $f = \mu mg$,根據牛頓第二定律 $F = ma$,我們可以推導出物體的減速度大小為 $a = \mu g$。將給定數值帶入,得到 $a = 0.1 \times 10 = 1 \text{ m/s}^2$。接著,利用運動學公式 $v^2 = v_0^2 + 2as$,由於物體最後停止(末速 $v = 0$),我們可以得到 $0 = 20^2 + 2(-1)s$,計算後得出位移 $s = 200 \text{ m}$。 這類題型在機械原理中屬於中等難度的基礎題,具備良好的鑑別度。它不僅考驗你對單一公式的記憶,更測試你是否能靈活轉化物理量,將摩擦係數與運動狀態掛鉤。除了上述方法,如果你能進一步運用功能原理(Work-Energy Theorem),將物體初始的動能 $\frac{1}{2}mv^2$ 與摩擦力所作的功 $f \cdot s$ 直接等置,你會發現計算過程會更為直觀且簡潔,這也是訓練物理直覺的一個很好的切入點。

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