题目内容
【题目】如图所示,半径为
、质量为m的小球用两根不可伸长的轻绳a、b连接(绳子的延长线经过球心 ),两轻绳的另一端系在一根竖直杆的A、B两点上,A、B两点相距为l,当两轻绳伸直后,A、B两点到球心的距离均为l。当竖直杆以自己为轴转动并达到稳定时(轻绳a、b与杆在同一竖直平面内)。求:
![]()
(1)竖直杆角速度ω为多大时,小球恰好离开竖直杆?
(2)当竖直杆角速度ω=
时,轻绳a的张力Fa为多大?
【答案】(1)
(2)3mg
【解析】
试题分析: (1)小球恰好离开竖直杆时,小球与竖直杆间的作用力为零,设此时轻绳a与竖直杆间的夹角为α,由题意可知sin α=
,![]()
沿半径:Fasin α=mω2r
垂直半径:Facos α=mg
联立解得![]()
(2)若角速度ω再增大,小球将离开竖直杆,在轻绳b恰伸直前,设轻绳a与竖直杆的夹角为β,此时小球做圆周运动的半径为r=lsin β
沿半径:Fasin β=mω2r,
垂直半径:Facos β=mg
联立解得Fa=mω2l
当轻绳b恰伸直时,β=60°,此时![]()
由于![]()
故轻绳b已拉直,小球做圆周运动的半径为r=lsin 60°
沿半径:Fasin 60°+Fbsin 60°=mω2r
垂直半径:Facos 60°=Fbcos 60°+mg
联立解得Fa=
mlω2+mg,代入数据解得:Fa=3mg
练习册系列答案
相关题目