题目内容

【题目】如图所示,两绳系一质量为m=0.1kg的小球,上面绳长L=2m,两端都拉直时与轴的夹角分别为30°与45°,问:

(1)球的角速度在什么范围内,两绳始终张紧。

(2)当角速度为3 rad/s时,上、下两绳拉力分别为多大?

【答案】(1)(2)

【解析】试题分析:(1)当AC绳拉直但没有力时,BC绳子拉力的水平分力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求出此时的角速度,当BC绳拉直但没有力时,AC绳子拉力的水平分力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求出角速度,当角速度处于两者之间时,两绳均张紧;
(2)当ω=3rad/s时,AC、BC绳子拉力的水平分力的合力提供向心力,竖直方向分力之和与重力平衡,根据牛顿第二定律列式求解.

(1)当AC绳拉直但没有力时,即FT1=0时,由重力和绳BC的拉力FT2的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有: ,其中: ,

解得:

当恰为零时,根据牛顿第二定律,有: ,解得
所以当时两绳均张紧.
(2)当时,两绳均处于张紧状态,此时小球受、mg三力作用,正交分解后可得:

水平方向:

竖直方向:

代入数据后解得:

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