如图所示,被长为L的细绳系着的小球,能绕O点在竖直平面内做圆周运动.已知O点离地面的竖直高度为h=3L,绳受到的拉力等于小球所受重力的5倍时就会断裂.试求:
(1)如果小球运动到最高点时绳恰好断裂,则对应的速度为多大?
(2)小球飞出后落地点距O点的水平距离为多少?
网友回答
解:
(1)当运动到最高点时,据牛顿第二定律得
??????????????
当绳的拉力达到5mg时绳断裂,即Tm=5mg
????????????? 则?
解得速度
(2)绳断后小球做平抛运动
又H=L+h得??
小球飞出后落地点距O点的水平距离
答:(1)如果小球运动到最高点时绳恰好断裂,对应的速度为;
??? (2)小球飞出后落地点距O点的水平距离为4.
解析分析:(1)小球运动到最高点时绳恰好断裂时,绳的拉力等于小球重力的5倍.重力和拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出速度.
(2)绳断后小球做平抛运动,此时小球离地高度为4L,竖直方向做自由落体运动,由高度求出时间,小球水平方向做匀速直线运动,由初速度和时间求出小球飞出后落地点距O点的水平距离.
点评:本题是牛顿第二定律、向心力和平抛运动的综合,抓住绳子刚断时的临界条件是:绳子拉力达到最大值.