题目内容

4.如图所示,水平转盘上放一小木块.转速为60r/min时,木块离轴8cm恰好与转盘无相对滑动,当转速增加到120r/min时,为使小木块刚好与转盘保持相对静止,那么木块应放在离轴多远的地方?

分析 转速为60r/min时,木块随圆盘恰好能做匀速圆周运动,由最大静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律求解最大静摩擦力.
若转速增加到120r/min时,小木块刚好与转盘保持相对静止时,静摩擦力达到最大值,再由牛顿第二定律木块离轴的最远距离.

解答 解:当转速为:n1=60r/min=1r/s时,
角速度为:ω1=2πn1=2π rad/s
此时木块圆周运动所需要的向心力等于最大静摩擦力,由牛顿第二定律得:
fm=mω12r1 …①
当转速n2=120rad/min=2r/s时,角速度为:ω2=2πn2=4π rad/s
小木块刚好与转盘保持相对静止,有:
fm=mω22r2…②
由①②两式可解得:r2=$\frac{{r}_{1}}{4}$=2cm
答:木块应放在离轴2cm的地方.

点评 本题应用牛顿第二定律处理圆周运动的临界问题,关键分析临界条件:当物体刚要滑动时,静摩擦力达到最大值.

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