题目内容

如图所示,光滑的水平面上钉有两枚铁钉A和B相距0.1m,长1m的细绳拴在A上,另一端系质量为0.5kg的小球(小球可视为质点),小球的初始位置在AB连线上的一侧,把细线拉紧,给小球2m/s的垂直细线方向的水平速度使它做圆周运动,由于钉子B的存在,使线慢慢地缠在AB上.

(1)如果细线不会断裂,从小球开始运动到线完全缠在AB上需要多长时间?

(2)如果细线的抗拉力为7N,从开始运动到细线断裂,需经历多长时间?

答案:8.6s;8.2s
解析:

解:(1)小球从开始运动到细线完全在AB上的时间

=8.6s

(2)设小球做圆周运动的向心力为7N时半径为r,则由解得,但本题小球轨道半径是以0.1m递减的,则小球的轨道半径从0.3m过渡到0.2m时,绳被断.所以

小球交替绕AB做匀速圆周运动,因线速度不变,随着半径的减小,线中的张力T不断增大,半周期t不断减小,推算出半个周期的时间和半周期数,就可求出总时间.根据绳子承受的最大拉力,就可求出细绳断裂所经历的时间.

在第一半周期内  

在第二半周期内  

在第n个半周期为  

由于

n10


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