如图所示,能承受最大拉力Fm=10N的细线长L=0.6m,它的一端固定于高H=2.1m的O点,另一端系一质量为m=0.5kg的小球在水平面内做圆周运动,由于转速加快而使细线断裂.求:小球落地点距O点的水平距离是多大?(g取10m/s2)
网友回答
解:(1)小球在水平面内做圆周运动时,由重力G和拉力F的合力提供向心力,
设绳将要断时,绳与竖直方向的夹角为θ,
由竖直方向小球受力平衡有
cosθ===,
所以,θ=60°
由几何关系得:小球做圆周运动的半径为
R=Lsinθ=0.6×m=m.
当绳断时,沿半径方向,牛顿第二定律得:
mg?tanθ=,
解得:v==m/s=3m/s.
(2)绳断后,小球做平抛运动,这时小球离地面的高度h为
h=H-Lcos60°=m=1.8m.
由平抛规律h=gt2,求得小球做平抛运动的时间
t==s=0.6s.
水平位移 x=vt=3×0.6m=1.8m.
小球落地点距O2的距离为:
==m
=m≈1.87m.
答:小球落地点距O点的水平距离为1.87m.
解析分析:对小球受力分析,竖直方向小球受力平衡,小球在水平面内做圆周运动时,由重力G和拉力F的合力提供向心力,分别由平衡条件和牛顿第二定律列方程,可解出当绳子断时小球的线速度.当绳子断后,小球做平抛运动,由平抛运动规律求小球做平抛运动的时间,再求得水平位移,再根据几何关系可求出小球落地点距O点的水平距离.
点评:此题涉及到复杂的运动过程,要把运动过程一段一段分析清楚,这是解题的关键.此题有一定的难度,属于难题.