题目内容

如图所示,一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角为=30°,一条长为L的轻绳一端固定在圆锥体的顶点O,另一端连着一个质量为m的质点,质点分别以速率v1和v2绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动,求轻绳中的拉力.

答案:
解析:

  答案:当v1时,拉力为1.03 mg;当v2时,拉力为2 mg.

  思路解析:将重力mg和加速度a=v2/r=v2/Lsin分解到x轴和y轴上,如图所示.由牛顿第二定律可得:

  x轴:T-mgcos=masin ①

  y轴:mgsin-N=macos ②

  得N=mgsin-mv2cos/Lsin

  显然,当线速度增大时,N会减小.设线速度为v0时,N=0,此时轻绳与竖直方向的夹角仍为30°,有v0

  (1)当v1<v0时,由①式得

  T1=mgcos+mv2/L=1.03 mg.

  (2)当v2>v0时,质点已离开锥面,仍绕轴线做匀速圆周运动.设轻绳与轴线间的夹角为α(α>),此时质点仅受重力mg和轻绳拉力T2的作用.

  有水平方向:T2sinα=mv22/Lsinα ③

  竖直方向:T2cosα-mg=0 ④

  联立③④得T2=mg/cosα=2 mg.


提示:

本题中,质点绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动时,随着线速度的增大,可能出现临界状态,即锥体对质点的支持力恰好为零的状态;继续增大线速度,质点将离开锥面,轻绳与竖直方向的夹角将大于30°,但仍绕轴在水平面内做匀速圆周运动.


练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网