题目内容

【题目】风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力,现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室。小球孔径略大于细杆直径。

(1)当杆在水平方向上固定时,调节风力的大小,使小球在杆上作匀速运动,这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍,求小球与杆间的滑动摩擦因数。

(2)保持小球所受风力不变,使杆与水平方向间夹角为37°并固定,如图,则小球从静止出发在细杆上下滑的加速度大小为多少?

【答案】(1) (2) 7.5m/s2

【解析】

(1)对小球受力分析,受重力、支持力、推力和滑动摩擦力,根据共点力平衡条件列式求解;

(2)对小球受力分析,受重力、风的推力、支持力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律列式求解出加速度。

(1) 设小球所受的风力为F,小球质量为m

F=μmg

故有:

即小球与杆之间的动摩擦因数为0.5;

(2) 设杆对小球的支持力为N,摩擦力为f,沿杆方向有:

Fcos37°+mgsin37°-f=ma

垂直于杆方向有:

N+Fsin37°-mgcos37°=0

其中:f=μN

联立解得:。

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