- 向心力
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长为L的轻杆两端各连接一个质量均为m的小球,以它们的中心为轴,在竖直面内做匀速圆周运动,转动周期为T=2π
,求它们通过竖直位置时,上下两球分别对杆端的作用力?并说明是拉力还是压力?
正确答案
解:在最高点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为压力,压力大小为
.
在最低点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
答:在最高点,球对杆表现为压力,压力大小为,在最低点,球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
解析
解:在最高点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为压力,压力大小为
.
在最低点,根据牛顿第二定律得,,
解得,可知球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
答:在最高点,球对杆表现为压力,压力大小为,在最低点,球对杆表现为拉力,拉力大小为
.
如图所示,把质量为20kg的物体B用细绳悬挂在水平横梁的滑环A上,B的重心到横梁的距离为2m,A、B正以3m/s的速度向右做匀速运动.当滑环A突然停止时,绳对物体B的拉力是多少?(取g=10m/g2)
正确答案
解:当A突然停止时,相当于以A为圆心,物体B以速度V=3m/s做圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
T-mg=m
解得:
T=mg+m=20×10+20×
=290N
答:当滑环A突然停止时,绳对物体B的拉力是290N.
解析
解:当A突然停止时,相当于以A为圆心,物体B以速度V=3m/s做圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
T-mg=m
解得:
T=mg+m=20×10+20×
=290N
答:当滑环A突然停止时,绳对物体B的拉力是290N.
有一轻质杆,长l=0.5m,一端固定一质量m=0.5kg的小球,轻杆绕另一端在竖直面内做圆周运动.(g取9.8m/s2)
(1)当小球运动到最高点的速度大小为4m/s时,求小球对杆的作用力;
(2)当小球运动到最低点时,球受杆的拉力为41N,求此时小球的速度大小.
正确答案
解:(1)在最高点,球受重力和弹力(假设向下),合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F+mg=m
解得:
F=m-mg=0.5×
=11N>0
假设成立;
(2)在最低点,球受重力和拉力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F-mg=m
代入数据,有:
41-5=0.5×
解得:
v=6m/s
答:(1)当小球运动到最高点的速度大小为4m/s时,小球对杆向上的拉力为11N;
(2)当小球运动到最低点时,球受杆的拉力为41N,此时小球的速度大小为6m/s.
解析
解:(1)在最高点,球受重力和弹力(假设向下),合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F+mg=m
解得:
F=m-mg=0.5×
=11N>0
假设成立;
(2)在最低点,球受重力和拉力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
F-mg=m
代入数据,有:
41-5=0.5×
解得:
v=6m/s
答:(1)当小球运动到最高点的速度大小为4m/s时,小球对杆向上的拉力为11N;
(2)当小球运动到最低点时,球受杆的拉力为41N,此时小球的速度大小为6m/s.
如图所示,水平转台高1.25m,半径为0.2m,可绕通过圆心处的竖直转轴转动,转台的同一半径上放有质量均为0.3kg的小物块A、B(可看成质点),A与转轴间距离为0.1m,B位于转台边缘处,A、B间用长0.1m的细线相连,A、B与水平转台间最大静摩擦力均为0.54N,g取10m/s2.
(1)当转台的角速度达到多大时A物块开始滑动?
(2)若A物块恰好将要滑动时细线断开,求B物块落地时与转动轴心的水平距离.(不计空气阻力)
正确答案
解:(1)当ω增大,A受静摩擦力也达到最大静摩擦力时,A开始滑动,设这时的角速度为ω′,
对A物块有:Ffm-FT=mω2r
对B物块有:Ffm+FT=mω2(2r)
代入数据得角速度为:ω=
(2)A物块恰好将要滑动时细线断开,B做平抛运动,初速度为:v=
根据平抛运动的分位移公式,有:
x=vt
联立解得:x=
结合几何关系,有:
d=m=0.4m
答:(1)当转台的角速度达到2rad/s时A物块开始滑动;
(2)若A物块恰好将要滑动时细线断开,B物块落地时与转动轴心的水平距离为0.4m.
解析
解:(1)当ω增大,A受静摩擦力也达到最大静摩擦力时,A开始滑动,设这时的角速度为ω′,
对A物块有:Ffm-FT=mω2r
对B物块有:Ffm+FT=mω2(2r)
代入数据得角速度为:ω=
(2)A物块恰好将要滑动时细线断开,B做平抛运动,初速度为:v=
根据平抛运动的分位移公式,有:
x=vt
联立解得:x=
结合几何关系,有:
d=m=0.4m
答:(1)当转台的角速度达到2rad/s时A物块开始滑动;
(2)若A物块恰好将要滑动时细线断开,B物块落地时与转动轴心的水平距离为0.4m.
如图所示,小球A水平面内做匀速圆周运动,已知小球的质量为0.4kg,系小球的线长为2m,线心竖直方向的夹角为37°,求:
(1)小球的向心力的大小;
(2)小球的线速度的大小.
(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)根据平行四边形定则得:
F合=mgtan37°=4×0.75=3N
(2)根据牛顿第二定律:F合=m
代入数据得:v=m/s
答:(1)小球的向心力的大小为3N;(2)小球的线速度的大小为m/s.
解析
解:(1)根据平行四边形定则得:
F合=mgtan37°=4×0.75=3N
(2)根据牛顿第二定律:F合=m
代入数据得:v=m/s
答:(1)小球的向心力的大小为3N;(2)小球的线速度的大小为m/s.
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