如图所示,在光滑的圆锥顶端,用长为L=2m的细绳悬一质量为m=1kg的小球,圆锥顶角为2θ=74°.求:

如图所示,在光滑的圆锥顶端,用长为L=2m的细绳悬一质量为m=1kg的小球,圆锥顶角为2θ=74°.求:
(1)当小球ω=1rad/s的角速度随圆锥体做匀速圆周运动时,细绳上的拉力.
(2)当小球以ω=5rad/s的角速度随圆锥体做匀速圆周运动时,细绳上的拉力.
wolsey5 1年前 已收到1个回答 举报

nygaohan 幼苗

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解题思路:小球刚要离开锥面时支持力为零,根据牛顿第二定律求出该临界角速度ω0.根据小球的角速度较小,小球贴着锥面运动和离开锥面运动两个过程,根据牛顿第二定律列式即可求解.

(1)小球刚要离开锥面时的速度,此时支持力为零,根据牛顿第二定律得:
mgtanθ=mω02Lsinθ
解得:ω0=2.5rad/s,
当ω=1rad/s<2.5rad/s时,小球没有离开斜面,
根据牛顿第二定律得:
Tsinθ-Ncosθ=mω 2Lsinθ
Tcosθ+Nsinθ=mg
带入数据得:
[3/5T−
4
5N=
6
5]

4
5T+
3
5N=10
解得:T=8.72N
(2)当ω=5rad/s>2.5rad/s时,小球离开锥面,设细线与竖直方向夹角为β
T1sinβ=mω2Lsinβ
解得:T1=mω2L=1×25×2=50N
答:(1)当小球ω=1rad/s的角速度随圆锥体做匀速圆周运动时,细绳上的拉力为8.72N.
(2)当小球以ω=5rad/s的角速度随圆锥体做匀速圆周运动时,细绳上的拉力为50N.

点评:
本题考点: 向心力.

考点点评: 本题的关键点在于分析小球向心力的来源,抓住小球刚离开圆锥体表面时支持力为零,直接应用向心力公式求解.

1年前

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