Question

如圖5所示，質(zhì)量為m=0.2 kg的小球固定在長為L=0.9 m的輕桿一端，桿可繞O點(diǎn)的水平轉(zhuǎn)軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動.g取10 m/s²，求：

圖5

(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為多大時(shí)，球?qū)�桿的作用力為零;

(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度分別為6 m/s和1.5 m/s時(shí)，球?qū)�桿的作用力的大小與?方向;

(3)小球在最高點(diǎn)的速度能否等于零?這時(shí)球?qū)�桿的作用力的大小與方向.

Answer 1

解析：(1)球?qū)�桿的作用力為零時(shí)，mg=，解得此時(shí)的速度v==3 m/s.

(2)設(shè)桿對球的作用力為F，以向下為正方向，由牛頓第二定律有F+mg=，得F=m(-g).當(dāng)小球的速度為6 m/s時(shí)，解得F=6 N，桿對球的作用力方向向下，由牛頓第三定律可知，球?qū)�桿的作用力的方向向上；當(dāng)球的速度為1.5 m/s時(shí)，解得F=-1.5 N，負(fù)號說明桿對球的作用力的方向與規(guī)定的正方向相反，是向上的，由牛頓第三定律可知，球?qū)�桿的作用力的方向是向下的.

(3)由于桿對球既可提供拉力，又可提供支持力，所以小球在最高點(diǎn)的速度可以為零.由上面所得作用力的表達(dá)式可知，當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為零時(shí)，此時(shí)F=-mg=-2 N，負(fù)號說明桿對球的作用力的方向是向上的，由牛頓第三定律可知，球?qū)�桿的作用力的方向是向下的.