题目内容
在游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论.如图所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点,选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角a=53°,绳的悬挂点O距水面的高度为H=3m.不考虑空气阻力和绳的质量,浮台露出水面的高度不计,水足够深.取中立加速度g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6°
(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)若选手摆到最低点时松手,小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点.
(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)若选手摆到最低点时松手,小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点.
(1)选手从最高点摆到最低点的过程中,由机械能守恒:
mgl(1-cosα)=
mv2
在最低点:F-mg=m
联立上两式解得:F=1080N
根据牛顿第三定律可知选手对绳子的拉力为1080N.
(2)设选手摆动时的摆长为l1,则mgl1(1-cosα)=
mv12
所以得:v1=
当选手在作平抛运动时,在竖直方向上:H-l1=
g
;
解得:t=
在水平方向上:x=v1t=
=2
=2
所以,当l1=1.5m时选手摆到最低点松手,运动到浮台处离岸水平距离最大.
答:(1)选手摆到最低点时对绳拉力的大小F为1080N;
(2)当l1=1.5m时选手摆到最低点松手,运动到浮台处离岸水平距离最大.因此,两人的看法均不正确.当绳长钺接近1.5m时,落点距岸边越远.
mgl(1-cosα)=
| 1 |
| 2 |
在最低点:F-mg=m
| v2 |
| l |
联立上两式解得:F=1080N
根据牛顿第三定律可知选手对绳子的拉力为1080N.
(2)设选手摆动时的摆长为l1,则mgl1(1-cosα)=
| 1 |
| 2 |
所以得:v1=
| 2gl1(1-cosα) |
当选手在作平抛运动时,在竖直方向上:H-l1=
| 1 |
| 2 |
| t | 2 |
解得:t=
|
在水平方向上:x=v1t=
2gl1(1-cosα)
|
| l1(1-cosα)(H-l1) |
| 0.4l1(3-l1) |
所以,当l1=1.5m时选手摆到最低点松手,运动到浮台处离岸水平距离最大.
答:(1)选手摆到最低点时对绳拉力的大小F为1080N;
(2)当l1=1.5m时选手摆到最低点松手,运动到浮台处离岸水平距离最大.因此,两人的看法均不正确.当绳长钺接近1.5m时,落点距岸边越远.
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