题目内容

在同一水平高度上有A、B两物体,它们的质量分别为m、M,A物体从如图所示位置开始以角速度ω绕O点在竖直平面内顺时针做匀速圆周运动,其轨道半径为R,同时,B物体在力F作用下由静止开始在光滑水平面上沿x轴正方向做直线运动,如图所示.试问:

(1)A物体运动到什么位置时,它的速度可能与B物体相同?

(2)要使两物体速度相同,作用在B物体上的力F应多大?

(3)当物体速度相同时,B物体的最小位移是多少?

答案:
解析:

  解析:运用圆周运动知识与运动学以及牛顿第二定律综合求解.注意速度相同必须大小方向均相等,同时注意圆周运动重复性带来的多解可能.

  (1)要使A、B两物体速度相同,A物体必须运动到圆周最高点,此时两者速度方向都向右.

  (2)当物体A第一次到圆周最高点时:t1

  当物体A第二次到圆周最高点时:t2=(+1)T=(+1)·

  则当物体A第n+1次到圆周最高点时:tn+1=(+n)T=(+n)·  ①

  要使两物体速度相同,则有va=vb

  即ab·tn+1tn+1=va=ωR  ②

  联立①②式可解得:

  F=(n=0,1,2,…).

  (3)两物体速度相同时,当n=0,此时,

  tb,F=

  B物体的位移sb最小,故

  sbabtb2,即为所求的最小位移.


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