题目内容

9.一根长为L的杆OA,O端用铰链固定,另一端固定着一个小球A,靠在一个质量为M,高为h的物块上,如图所示,若物块与地面摩擦不计,试求当物块以速度v向右运动时,小球A的线速度vA(此时杆与水平方向夹角为θ).

分析 将物块的速度分解为沿杆子方向和垂直于杆子方向,在垂直于杆子方向上的速度等于B点绕O转动的线速度,根据v=rω可求出杆转动的角速度,再根据杆的角速度和A的转动半径可以求出A的线速度大小.

解答 解:将B点的速度分解如图所示

根据运动的合成与分解可知,接触点B的实际运动为合运动,可将B点运动的速度vB=v沿垂直于杆和沿杆的方向分解成v2和v1,其中v2=vBsinθ=vsinθ为B点做圆周运动的线速度,v1=vBcosθ为B点沿杆运动的速度.当杆与水平方向夹角为θ时,OB=$\frac{h}{sinθ}$
由于B点的线速度为v2=vsinθ=$\overline{OB}•$ω,所以$ω=\frac{vsinθ}{OB}$=$\frac{vsi{n}^{2}θ}{h}$;
由于A、B在同一杆上绕O点做圆周运动,故A、B绕O做圆周运动的角速度相同;所以A的线速度vA=Lω=$\frac{Lvsi{n}^{2}θ}{h}$.
答:小球A的线速度vA是$\frac{Lvsi{n}^{2}θ}{h}$.

点评 解决本题的关键会根据平行四边形定则对速度进行分解,木块速度在垂直于杆子方向的分速度等于B点转动的线速度.

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