图1所示是用电动砂轮打磨工件的装置.砂轮的转轴通过图中O点垂直于纸面,AB是一长度l=0.50m、质量m1=1kg的均匀刚性细杆,可绕过A端的固定轴在竖直面(图中纸面)内无摩擦地转动

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 力矩的平衡/2022-10-24 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

图1所示是用电动砂轮打磨工件的装置.砂轮的转轴通过图中O点垂直于纸面,AB是一长度l=0.50m、质量m1=1kg的均匀刚性细杆,可绕过A端的固定轴在竖直面(图中纸面)内无摩擦地转动.工件C固定在AB杆上,其质量m2=2kg,工件的重心、工件与砂轮的接触点P以及O点都在过AB中点的竖直线上,P到AB杆的垂直距离d=0.1m.AB杆始终处于水平位置,砂轮与工件之间的动摩擦系数μ=0.5.当砂轮逆时针转动时,要使工件对砂轮的压力F0=80N,则施于B端竖直向下的力FB应是多大?(g取10m/s2
某同学解法如下:当砂轮静止时,把AB杆和工件看成一个物体,由力矩的平衡,得:F0
l
2
F0d=(m1+m2)g
l
2
+FBl

解得:FB=
1
2
[F0-(m1+m2)g]+μF0
d
l


魔方格

(1)判断该同学的解法是否正确?若正确,请求出FB的数值;若错误,请列出正确的方程式,并求出FB的数值.
(2)若施于B端竖直向下的力FB的作用点沿AB杆以0.1m/s的速度向左匀速运动,要保持工件对砂轮的压力F0仍为80N,则求出FB随时间变化的函数关系式.
(3)若FB=200N时杆会断裂,求FB从B点开始运动的时间,并在图2中作出FB-t图象.

◎ 答案

(1)该解法错误.    
砂轮作用于工件的摩擦力的力矩方向为顺时针方向.得:F0
l
2
F0d+(m1+m2)g
l
2
+FBl

解得:FB=
1
2
[F0-(m1+m2)g]-μF0
d
l

代入数据,得:FB=17N
(2)经过时间t,推力作用点左移vt,根据力矩平衡条件,有
F0
l
2
F0d+(m1+m2)g
l
2
+FB(l-Vt)

解得:FB=
17
1-0.2t
(N)  (0≤t<5s)       
(3)FB=
17
1-0.2t
=200N,则:t=4.575s
如图所示

魔方格

答:(1)该同学的解法是错误的,正确解法如上,FB的数值为17N;
(2)若FB随时间变化的函数关系式为:
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