一根轻绳长0.5m,它最多能承受140N的拉力,在此绳一端系着一质量为1kg的小球

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/07/08 14:58:33
一根轻绳长0.5m,它最多能承受140N的拉力,在此绳一端系着一质量为1kg的小球,另一端固定使小球在竖直平面内做圆周运动,为维持此运动,小球在最高点的速度大小取值范围?

在这道题中维持圆周运动的向心力由细绳或球的重力提供,首先计算小球运动到最顶端所需要的最小线速度,即当重力完全提供给向心力时,mg=m*vmin^2/R,求得
10=1*vmin^2/0.5,vmin=√5m/s=2.24m/s
然后计算小球运动到最顶端所允许的最大线速度,即当重力加上细绳可以承受的拉力完全正好提供向心力时,mg+Fmax=m*vmax^2/0.5, 求得
10+140=1*vmax^2/0.5,vmax=√75m/s=8.66m/s

所以,小球在最高点德速度大小取值范围为2.24m/s<v<8.66m/s

思路:
根据向心力的公式 F=mv^2/r,
再根据机械能守恒来计算

最高点的速度的最大值算法:
在最低点时,绳子的拉力既要提供向心力,又要抵消重力,所以,最大速度取决于最低点时绳子是否能受得了。所以,当140N-1kg的力全部充当向心力时,此时的速度就是是最大速度。先算出在最低点允许的最大速度V1,再根据机械能守恒,算出高点的速度V2

最高点的速度的最小值值算法:
最高点时,重力可以充当向心力,
当所有的向心力都由重力担当时(高点的向心力=重力), 刚好绳子的拉力=0 ,此时向心力最小,所以此时高点速度就最小.

算最大值
1kg力=10N
140-10 = mV1^2/r =1*V1^2/0.5
V1^2=65
根据机械能守恒(最低点为参考点.则H=0.5*2=1m)
0.5mV1^2=0.5mV2^2 +mgH
0.5*65=0.5V2^2 + 10*1
V2=根号55=7.42m/s

算最小值
高点的向心力=重力
mV2^2/r=10N
1*V2^2/0.5 = 10
V2=根号5=2.24m/s

所以,小球在最高点速度大小取值范围为:
2.24m/s - 7.42m/s