题目内容

如图所示,水平转盘上放有质量为M的物块,当物块到转轴的距离为r时,连接物块和转轴的绳子刚好被拉直(绳子上张力为零),物块和转盘间最大静摩擦力是其正压力的m 倍,求:

(1)当转盘的角速度时,细绳的拉力

(2)当转盘的角速度时,细绳的拉力

答案:略
解析:

设物块与转盘间的静摩擦力达到最大值时转盘的角速度为,根据牛顿第二定律有

解得

(1)时,,绳子不受力,完全由静摩擦力提供向心力,

(2)时,,此时绳子的拉力和最大静摩擦力一起提供物块做圆周运动的向心力,即

  物块在转盘上随转盘一起运动,当w 较小时,盘对物块的静摩擦力提供向心力,此时绳子无拉力.当w 增大时,静摩擦力也随之增大,当静摩擦力达到最大值时,还不足以提供向心力,物体将做离心运动.但绳子拉力会阻止物块的滑动.所以绳子是否有拉力,应先判断最大静摩擦力是否足以提供向心力.

  本题涉及到了临界状态问题.一般题目中要求两个看似相同的问题(如本题中w 分别等于时绳的拉力)往往都会有临界状况,在两个值之间有一个临界值.如本题中最大静摩擦力提供向心力时所对应的最大角速度就是绳子拉力是否存在的临界值,所以解答此类问题一定要注意临界值的判断.


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