Question

【題目】如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上，沿半徑方向放置以細(xì)線相連的質(zhì)量均為m的A、B兩個(gè)小物塊，A離軸心r1＝20 cm，B離軸心r2＝30 cm，A、B與盤(pán)面間相互作用的最大靜摩擦力為其重力的0.4倍．求：

(1)若細(xì)線上沒(méi)有張力，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω應(yīng)滿足什么條件？

(2)欲使A、B與盤(pán)面間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度多大？

(3)當(dāng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)速達(dá)到A、B剛好不滑動(dòng)時(shí)，燒斷細(xì)繩，則A、B將怎樣運(yùn)動(dòng)？(g取10 m/s2)

Answer 1

【答案】(1) 當(dāng)ω≤ω0＝3.6 rad/s時(shí)，細(xì)線上不會(huì)有張力．(2) 4.0 rad/s.

【解析】(1)當(dāng)物塊B所需向心力FB≤Ffm時(shí)，細(xì)線上張力為零．隨著角速度的增大，當(dāng)FB＝Ffm時(shí)，有kmg＝mωr2，

得ω0＝＝＝＝3．6 rad/s.

當(dāng)ω≤ω0＝3.6 rad/s時(shí)，細(xì)線上不會(huì)有張力．

(2)當(dāng)A、B所受靜摩擦力均達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)，圓盤(pán)的角速度達(dá)到最大值ωm，超過(guò)ωm時(shí)，A、B將相對(duì)圓盤(pán)滑動(dòng)．(設(shè)細(xì)線中張力為T.)

對(duì)A有kmg－T＝mωm2·r1，

對(duì)B有kmg＋T＝mωm2·r2，

解得ωm＝＝

＝4.0 rad/s.

(3)燒斷細(xì)線時(shí)，A做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力FA＝mωm2r1＝3.2 N，最大靜摩擦力為4 N，A物體隨盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)．B此時(shí)所需向心力為FB＝mωm2r2＝4.8 N，大于它的最大靜摩擦力4 N，因此B物體將沿一條曲線運(yùn)動(dòng)，離圓心越來(lái)越遠(yuǎn)．

兩物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由沿徑向方向的合力提供，及最大靜摩擦力提供，第二問(wèn)中分別以兩小球?yàn)檠芯繉?duì)象，繩子的拉力和靜摩擦力的合力提供向心力列式求解