如圖所示,一質量為1kg的小球套在一根固定的直杆上,直杆與水平面夾角θ為30°.現小球在F=20N的豎直向上的...
問題詳情:
如圖所示,一質量為1kg的小球套在一根固定的直杆上,直杆與水平面夾角θ為30°.現小球在F=20N的豎直向上的拉力作用下,從A點靜止出發向上運動,已知杆與球間的動摩擦因數μ為.試求:
(1)小球運動的加速度a1;
(2)若F作用1.2s後撤去,小球上滑過程中距A點最大距離sm;
(3)若從撤去力F開始計時,小球經多長時間將經過距A點上方為2.25m的B點.
【回答】
解:(1)在力F作用時,撤去前小球的受力情況:重力、拉力,杆的支援力和滑動摩擦力,如圖,由根據牛頓第二定律,得
(F﹣mg)sin30°﹣μ(F﹣mg)cos30°=ma1
解得a1=2.5 m/s2
(2)剛撤去F時,小球的速度v1=a1t1=3m/s 小球的位移s1==1.8m
撤去力F後,小球上滑時有:
mgsin30°+μmgcos30°=ma2 a2=7.5 m/s2
小球上滑時間t2==0.4s 上滑位移s2==0.6m
則小球上滑的最大距離為sm=2.4m
(3)在上滑階段通過B點:
SAB﹣s1=v1 t3﹣a2t32
通過B點時間t3=0.2 s,另t3=0.6s (捨去)
小球返回時有:
mgsin30°﹣μmgcos30°=ma3 a3=2.5 m/s2
小球由頂端返回B點時有:
sm﹣SAB=a3t42 t4=s
通過通過B點時間t2+t4=s≈0.75s
知識點:牛頓運動定律的應用
題型:計算題
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