题目内容

如图所示,质量为m的小球P与穿过光滑水平板中央小孔O的轻绳相连,用力拉着绳子另一端使P在水平板内绕O做半径为a、角速度为ω1的匀速圆周运动.求:

(1)此时P的速率为多大?

(2)若将绳子从这个状态迅速放松,后又拉直使P绕O做半径为b的圆周运动,从放松到拉直这段过程经过了多长时间?

(3)P做半径为b的圆周运动的角速度ω2为多大?

答案:
解析:

  绳子从放松到重新被拉紧期间,小球不受拉力,向心力突然消失,沿切线做离心运动,到B点绳子重新被拉紧,小球会改变线速度做半径为b的圆周运动.

  绳子拉直时,v1的法向速度v3瞬时突变为零,小球以切向速度v2做半径为b的圆周运动(如图).

  (1)P点速度大小v1=ω1r=ω1A.

  (2)绳子放松后,小球保持v1速度沿切线AB做匀速直线运动,从图中可看出放松到拉直这段位移x=

  其间所用时间t=

  (3)拉直时,v1分解成切向速度v2和法向速度v3,小球将以速度v2做半径为b的匀速圆周运动,而法向速度v3损失减小到零.

  所以:v2=v1cos,而在Rt△OAB中cos

  所以:v2v1,ω2b=·ω1a,ω2ω1


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