题目内容

14.光滑匀质圆球的直径d=40cm,质量M=20kg,悬线长L=30cm,正方形物块A厚b=10cm,质量m=2kg,物体A与墙之间的动摩擦因数μ=0.2.如图所示,现将物块A轻放于球和墙之间后放手,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2.
求:
(1)墙对A的摩擦力多大?
(2)加一个与墙平行的外力于物体A上,使物体A在未脱离圆球前贴着墙沿水平方向做加速度a=5m/s2的匀加速直线运动,那么这个外力大小、方向如何?

分析 (1)对物块A受力分析,受重力、静摩擦力、球对其向左的压力、墙壁对其向右的支持力,根据平衡条件求解即可;
(2)对物体A受力分析,竖直面内受重力、弹力和滑动摩擦力,根据平衡条件列式求解推力F.

解答 解:(1)先对球受力分析,受重力、支持力和拉力,如图:

根据平衡条件,有
N=Mgtan37°=0.75Mg=150N;
故A对墙壁的压力也为150N,A与墙壁间的滑动摩擦力为:f=μN=0.2×150=30N;由于滑动摩擦力大于A的重力,故A保持静止;
对物块A受力分析,受重力、静摩擦力、球对其向左的压力、墙壁对其向右的支持力,如图:

根据平衡条件,有:
f静=mg=20N;
(2)A沿水平方向运动,面对着墙看,作出A物体在竖直平面内的受力图如图所示,

有:Ff=μFN=30N
Fsinα=mg
Fcosα-Ff=ma
解出:F=10$\sqrt{29}$N
答:
(1)墙对A的摩擦力为20N;
(2)施加一个与墙面平行的外力于物体A上,使物体A在未脱离圆球前贴着墙沿水平方向做匀速直线运动,这个外力的大小为10$\sqrt{29}$N.

点评 本题关键多次隔离物体和圆球受力分析,运用平衡条件和牛顿第二定律列方程求解,对于初学物理的同学而言,较难.

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