一根长0.1m?的细线,一端系着一个质量是0.18kg?的小球,线另一端固定,使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动.当小球的转速增加到原转速3倍时,细线断裂,这时测得线的拉力比原来大40N.求:
(1)线断裂的瞬间,线的拉力;
(2)此时小球运动的线速度;
(3)如果小球离开桌面时,速度方向和桌边夹角为60°,桌面高出地面0.8m,求线断后小球飞出去落点离桌边的水平距离(g=10m/s2).
网友回答
解:(1)用绳子拉着小球做圆周运动时,绳子的拉力提供小球做圆周运动所需的向心力,根据牛顿第二定律:T=mlω2R
当转速提高为原来的3倍时,绳子的拉力增大了40 N,绳子正好被拉断,则有:T+40=ml(3ω)2R
联立以上两式解得:T=5N,ω=50rad/s
故绳子将要断裂时小球的线速度为:v=ωlR=50rad/s×0.1 m=5m/s.
(2)故绳断裂时绳子的拉力为45N.
(3)绳子断后,小球便以刚才的线速度做匀速直线运动,飞离桌面时再做平抛运动,根据平抛运动的规律列方程:
h=gt2
x=vt
将实际数据代入上面的公式中,得t═0.4s,则x=vt=5×0.4m=2m
故线断后小球飞出去落点离桌边的水平距离为x?sin60°=m.
解析分析:(1)设原来的角速度为ω,根据题意,结合向心力公式列式求解;
(2)根据第一问的结论,根据v=ωR得到第二位的结果;
(3)小球离开桌面后做平抛运动,根据平抛运动的分位移公式列式求解.
点评:本题是圆周运动、平抛运动的综合知识的运用,关键是根据向心力公式和平抛运动的分位移公式列式求解.