如图所示,长为L的细绳上端系一质量不计的环,环套在光滑水平杆上,在细线的下端吊一个质量为m的铁球(可视作质点),球离地的高度h=L,当绳受到大小为3mg的拉力时就会断裂,现
◎ 题目
如图所示,长为L的细绳上端系一质量不计的环,环套在光滑水平杆上,在细线的下端吊一个质量为m的铁球(可视作质点),球离地的高度h=L,当绳受到大小为3mg的拉力时就会断裂,现让环与球一起以v=
(1)试通过计算分析环在被挡住停止运动后绳子是否会断? (2)在以后的运动过程中,球第一次的碰撞点离墙角B点的距离是多少? (3)若球在碰撞过程中无能量损失,则球第二次的碰撞点离墙角B点的距离又是多少? |
◎ 答案
(1)在环被挡住而立即停止后,小球立即以速率v绕A点做圆周运动,根据牛顿第二定律和圆周运动的向心力公式有:F-mg=m
解得,绳对小球的拉力大小为:F=3mg 所以环在被挡住停止运动后绳子恰好被拉断. (2)根据计算可知,在环被A挡住的瞬间绳恰好断裂,此后小球做平抛运动. 假设小球直接落到地面上,则:h=L=
球的水平位移:x=vt=2L>L 所以小球先与右边的墙壁碰撞后再落到地面上 设球平抛运动到右墙的时间为t′,则t′=
小球下落的高度h′=
所以求的第一次碰撞点距B的距离为:H=L-
(3)假设小球直接落到地面上,则平抛运动的时间为t=
球的水平位移为x=vt=v
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