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研究表明,普通人的膝关节最多能承受体重的4倍,超过就会对膝关节造成严重的损伤,某同学从20cm高的台阶上自由落到水泥硬地面上,取g=10m/s2,请你通过计算,探究下列两个问题,以增强

题目详情
研究表明,普通人的膝关节最多能承受体重的4倍,超过就会对膝关节造成严重的损伤,某同学从20cm高的台阶上自由落到水泥硬地面上,取g=10m/s2,请你通过计算,探究下列两个问题,以增强自已在生活中的安全意识:
(1)若该同学以绝对直立而僵硬的姿势自由落到地面,与地面的作用时间为0.01s后速度减为零,求地面对身体的平均撞击力是体重的多少倍?
(2)若该同学自由落到地面时屈膝弯腰,使重心降低50cm后速度减为零,求地面对人体的平均撞击力是体重的多少倍?
▼优质解答
答案和解析
(1)20cm=0.20m
若人做自由落体运动,该过程中的机械能守恒得:mgh=
1
2
mv2
所以:v=
2gh
=
2×10×0.20
=2m/s
人与地面相互作用的过程中受到重力和支持力,选取向上为正方向,则:Ft-mgt=0-mv
代入数据得:F=21mg
(2)50cm=0.50m
若该同学自由落到地面时屈膝弯腰,使重心降低50cm后速度减为零的过程中重力与支持力做功,则:
mgh-F′h=0-
1
2
mv2
代入数据得:F′=1.4mg
答:(1)若该同学以绝对直立而僵硬的姿势自由落到地面,与地面的作用时间为0.01s后速度减为零,地面对身体的平均撞击力是体重的21倍;
(2)若该同学自由落到地面时屈膝弯腰,使重心降低50cm后速度减为零,求地面对人体的平均撞击力是体重的1.4倍