题目内容

【题目】如图所示,一根原长L=1m的轻弹簧套在足够长的光滑直杆AB上,其下端固定在杆的A端,质量m=2kg的小球也套在杆上且与弹簧的上端相连。小球和杆可以一起绕经过杆A端的竖直轴OO'匀速转动,且杆与水平面间始终保持夹角θ=370已知杆处于静止状态时弹簧的长度变为原长的一半,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,所有过程中弹簧均不会超过弹簧的弹性限度。

(1)调整杆的旋转速度,使弹簧恰好恢复原长,求此时小球的线速度大小v;

(2)当小球的线速度大小v1=m/s时,求该弹簧的长度。

【答案】(1)m/s;(2)3m

【解析】

(1)当弹簧恢复原长时,弹簧弹力为零,小球仅受到重力和杆的支持力,有

解得

v=m/s

(2)经分析可知,线速度越大,小球将越远离转轴,而v1>v,可知,此时弹簧处于伸长状态,设伸长量为x,杆对小球的支持力为FN,弹簧的劲度系数为k,对小球静止时分析,有

解得

k=24N/m

当小球的线速度大小时,有

水平方向

竖直方向

解得

x=2m

即此时弹簧长度L1=1m+2m=3m。

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