如图所示,在一个倾角为θ=37°(cos37°=0.8)的斜面上,O点固定一根细绳,细绳另一端连接一个质点.现将质点放到斜面上P点,由静止释放,已知OP连线水平且间距为绳长,质点滑动到细绳转过角度α=90°的位置时刚好停止.问:
(1)质点与斜面间动摩擦因数μ为多少?
(2)试描述质点放到斜面上哪些位置时可以平衡?已知最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.
网友回答
解:(1)将重力分解为下滑分力和垂直斜面分力,有
G1=mgsinθ
G2=mgcosθ
由于物体在垂直斜面方向无滑动,受力平衡,故
N=G2=mgcosθ????????????????????? (1)
则物体所受的滑动摩擦力
f=μN=mgcosθ????????????????????? (2)
在物体摆动90度的过程中,由动能定理,有
????????? (3)
由(2)(3)可得:
=??????????????????? (4)
(2)根据上问数据可知
f<G1
所以如果没有细绳物体不可能在斜面上平衡,所以物体平衡时应该使细绳拉紧,物体首先应停在斜面上以O为圆心,绳子长为半径的圆上.
假设物体处于临界平衡状态,摩擦力为最大静摩擦力f,设此时细绳与OP夹角α0,由物体平衡,三力合力为零,固有
??????????????? (5)
综上所述,物体能够平衡的位置为以O为圆心,下方使得细绳与OP夹角α取值范围为:[arccos,]
答:(1)质点与斜面间动摩擦因数μ为;
(2)物体能够平衡的位置为以O为圆心,下方使得细绳与OP夹角α取值范围为:[arccos,].
解析分析:(1)对从P点到最低点过程运用动能定理列式分析求解即可;
(2)对小球受力分析,重力、支持力、摩擦力、拉力,重力和支持力的合力为mgsinθ,平行斜面向下,为恒力;拉力和静摩擦力垂直,根据三角形定则进行分析即可.
点评:本题关键在于力不共面,可以先将重力按照作用效果正交分解,分解为平行斜面和垂直斜面的两个分力,然后将四个力平衡转变为熟悉的三力平衡问题.