绳系着装水的桶,在竖直平面内做圆周运动,水的质量m=0.1kg,绳长l=0.4m.求:(1)桶在最高点水不流出的最小速率?(取g=10m/s2)(2)水在最高点速率v

发布时间:2020-08-08 11:06:00

绳系着装水的桶,在竖直平面内做圆周运动,水的质量m=0.1kg,绳长l=0.4m.求:
(1)桶在最高点水不流出的最小速率?(取g=10m/s2)
(2)水在最高点速率v=4m/s时桶底对水的压力?
(3)若桶的质量为M=0.2kg,水和桶在最高点速率v=4m/s时,求此时绳子对桶的拉力?

网友回答

解:
(1)以水为研究对象,若要使水刚好不流出来,则重力刚好提供向心力.
???????? 即?
???????? 则水运动的最小速率为
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(2)对水受力分析如图1,由牛顿第二定律有:
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???????即桶底对水的压力为
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???? (3)以桶和水作为一个整体,受力分析如图2:由 牛顿第二定律有:
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?????? 即绳对桶的拉力为:
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答:
(1)桶在最高点水不流出的最小速率是2m/s.
(2)水在最高点速率v=4m/s时桶底对水的压力是3N.
(3)若桶的质量为M=0.2kg,水和桶在最高点速率v=4m/s时,此时绳子对桶的拉力是9N.
解析分析:(1)桶在最高点水恰好不流出时,由水的重力提供水的向心力.根据牛顿第二定律求出最小速率.
(2)水在最高点速率v=4m/s时,由水的重力和桶对水的压力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出桶对水的压力.
(3)以桶和水整体,作为研究对象,由总重力和绳子的拉力提供向心力.再由牛顿第二定律求解绳子对桶的拉力.

点评:本题是生活中的圆周运动问题.基本思路是分析受力情况,分析向心力的来源.当恰好由重力提供向心力时,桶到最高点的速度最小,是桶到达最高点时的临界速度.
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