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。
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【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
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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
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解得
k=24N/m
当小球的线速度大小
时,有
水平方向
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竖直方向
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解得
x=2m
即此时弹簧长度L1=1m+2m=3m。
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