如图,将质量m=2kg的圆环套在与水平面成θ=37°角的足够长直杆上,直杆固定不动,环的直径略大于杆的截面直径,杆上依次有三点A、B、C,sAB=8m,sBC=0.6

发布时间:2020-08-07 16:40:07

如图,将质量m=2kg的圆环套在与水平面成θ=37°角的足够长直杆上,直杆固定不动,环的直径略大于杆的截面直径,杆上依次有三点A、B、C,sAB=8m,sBC=0.6m,环与杆间动摩擦因数μ=0.5,对环施加一个与杆成37°斜向上的拉力F,使环从A点由静止开始沿杆向上运动,已知t=4s时环到达B点.试求:(重力加速度g=l0m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)F的大小;
(2)若到达B点时撤去力F,则环到达C点所用的时间.

网友回答

解:(1)根据题意知,环做匀加速直线运动,则有=1m/s2,对环进行受力分析有:
若Fsin37°<mgcos37°杆对环的弹力垂直于杆向上,如图:

则有:N+Fsin37°=mgcos37°????? ①
Fcos37°-μN-mgsin37°=ma???? ?? ②
联立①②代入数据可得:F=20N;
若Fsin37°>mgcos37°村对环的弹力垂直于杆向下,如图:

则有:Fsin37°=mgcos37°+N???? ③
Fcos37°-μN-mgsin37°=ma????? ?④
联立③④代入数据可得:F=12N? (舍去,不合Fsin37°>mgcos37°要求)
所以F的大小为20N
(2)撤去力F后对环进行受力分析有:

由题意物体4s后的速度为v=a1t=4m/s
此时环所受的合力F合1=μmgcos37°+mgsin37°=ma2??????? ⑤
代入数据得,
环向上做初速度为4m/s的匀减速直线运动,故以沿杆向上为正方向,则,所以环停止运动的时间为

环上升的最大位移
根据则环向上匀减速运动经过C点时由位移时间关系得:代入数据得:t=0.2s,另一值不合题意舍去.
当环运动到最高点,将再次向下匀加速运动,则环在下滑过程中受到的合力为F合2=mgsin37°-μmgcos37°根据牛顿第二定律得,此时下滑的加速度
a3=gsin37°-μgcos37°=2m/s2
环最高点离B0.8m,则环加速下滑过程中经过C点时相对于最高点的位移x3=0.2m根据初速度为为的匀加速直线运动位移时间关系得环下滑时间t3=
则从B点计时,小球经过C点的时间t=t停+t3=0.4S+=
答:(1)F的大小为20N;
(2)若到达B点时撤去力F,则环到达C点所用的时间0.2s或.
解析分析:(1)先根据位移时间公式求出加速度,然后对环受力分析,受重力、拉力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律列方程求解;
(2)撤去力F后后对环受力分析,受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律列方程求解出环的加速度拉力a,再根据位移时间关系求得经过C点时的时间t,到达C的过程分为两部分,一为匀减速上升时到达C点,二是到达最高点后再加速下滑时经过C点,故时间有两个
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