Question

11．如圖所示，輕質細桿OA的長度L=0.2m，其一端固定于水平轉軸的O點，且O點安裝有一傳感器，可以測量輕桿對O點的作用力；另一端A拴著一質量m=1kg的小球，輕桿可以繞O點在豎直平面內轉動．現(xiàn)讓輕桿繞O點在豎直平面內做勻速圓周運動（對輕桿施加一始終垂直于桿的作用力），測得小球在最低點時傳感器的示數(shù)是小球在最高點時的示數(shù)的3倍．已知重力加速度g=10m/s²，求小球轉動的角速度ω

Answer 1

分析 先根據(jù)合力提供向心力結合牛頓第二定律解得球受到的拉力，再利用牛頓第三定律即可求出．

解答 解：當小球在最高點受到的力是拉力時，設小球的角速度為ω，在最高點：${F}_{1}+mg=m{ω}^{2}L$
在最低點：${F}_{2}-mg=m{ω}^{2}L$
又：F₂=F₁
聯(lián)立得：ω=$\sqrt{\frac{2g}{L}}$=$\sqrt{\frac{2×10}{0.2}}=10$rad/s
當小球在最高點受到的力是支持力時，設小球的角速度為ω′，在最高點：$mg-{F}_{1}=m{ω′}^{2}L$
在最低點：${F}_{2}-mg=m{ω′}^{2}L$
得：ω′=$\sqrt{\frac{3g}{2L}}$=$\sqrt{\frac{3×10}{2×0.2}}=5\sqrt{3}$rad/s
答：小球轉動的角速度可能是10rad/s或$5\sqrt{3}$rad/s．

點評 該題考查向心力的應用，要知道沿半徑方向上的所有力的合力充當向心力，同時要注意到在最高點可能受到拉力，有可能受到支持力．