Question

8．如圖所示裝置可繞豎直軸O′O轉(zhuǎn)動(dòng)，可視為質(zhì)點(diǎn)的小球A與兩細(xì)線連接后分別系于B、C兩點(diǎn)，當(dāng)細(xì)線AB沿水平方向繃直時(shí)，細(xì)線AC與豎直方向的夾角θ=37°．已知小球的質(zhì)量m=1kg，細(xì)線AC長(zhǎng)L=1m，（重力加速度取g=10m/s²，sin37°=0.6）
（1）若裝置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，細(xì)線AB剛好被拉直成水平狀態(tài)，求此時(shí)的角速度ω₁．
（2）若裝置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω₂=$\sqrt{\frac{50}{3}}$rad/s，求細(xì)線AB和AC上的張力大小T_AB、T_AC．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)細(xì)線AB剛好被拉直，則AB的拉力為零，靠AC的拉力和重力的合力提供向心力，結(jié)合牛頓第二定律求出此時(shí)的角速度．
（2）抓住小球豎直方向上的合力為零，水平方向上的合力提供向心力，結(jié)合牛頓第二定律求出細(xì)線AB和AC的張力．

解答 解：（1）當(dāng)細(xì)線AB剛好被拉直，則AB的拉力為零，靠AC的拉力和重力的合力提供向心力，
根據(jù)牛頓第二定律有：$mgtan37°=m{L}_{AB}{{ω}_{1}}^{2}$，
解得${ω}_{1}=\sqrt{\frac{gtan37°}{{L}_{AB}}}=\sqrt{\frac{10×\frac{3}{4}}{1×\frac{3}{5}}}=\frac{5\sqrt{2}}{2}rad/s$．
（2）若裝置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω₂=$\sqrt{\frac{50}{3}}$rad/s，
豎直方向上有：T_ACcos37°=mg，
水平方向上有：${T}_{AC}sin37°+{T}_{AB}=m{L}_{AB}{{ω}_{2}}^{2}$，
代入數(shù)據(jù)解得T_AC=12.5N，T_AB=2.5N．
答：（1）此時(shí)的角速度為$\frac{5\sqrt{2}}{2}$rad/s．
（2）細(xì)線AB和AC上的張力大小T_AB、T_AC分別為2.5N、12.5N．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道小球向心力的來(lái)源，抓住臨界狀態(tài)，結(jié)合牛頓第二定律進(jìn)行求解．