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普考申論題 108年 [機械工程] 機械力學概要

第 二 題

二、兩質量塊 A 及 B 的質量均為 m。若要讓 A 質量塊對 B 無相對移動,試求施加於 B 質量塊之最大水平力 P。(20 分)
📝 此題為申論題

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看到本題,要辨識出這是「牛頓第二定律」與「相對運動(達朗伯原理)」的經典應用題。首先分析A與B「無相對移動」的物理意義:代表A與B具有相同的水平加速度 $a$。接著,從系統分離的角度切入:1. 先對質量塊A畫自由體圖,分析其受力(重力、斜面正向力)。由於題目未給摩擦係數,應先以「光滑斜面」作為基準討論。利用A的力平衡與加速度推導出所需的系統加速度 $a$。2. 再對整體(A+B)畫自由體圖,透過總質量與加速度求出外力 P。進一步思考:題目特別問「最大水平力」,如果斜面是光滑的,維持不滑動的力只有一個特定值;若要產生「最大」的範圍,理論上應考慮兩者間的靜摩擦力,但題目未提供摩擦係數,故考生除了給出光滑狀態的精確解外,可適當補充「若考慮靜摩擦係數」時的極限狀態推導,展現深厚的力學底子。

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【考點分析】 本題考查動力學中的「牛頓第二運動定律」,特別是兩個物體間無相對運動時的系統加速度問題。核心爭點在於找出使質量塊 A 停留在斜面上不往下滑(或不往上滑)所需之整體水平加速度,進而反推外部推力 P。 【理論/法規依據】

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