如圖所示,長為l的繩子下端連著質(zhì)量為m的小球,上端懸于天花板上,當(dāng)把繩子拉直時(shí),繩子與豎直線夾角為60°,此時(shí)小球靜止于光滑水平桌面上.
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/dc54564e9258d1097cc64f03d258ccbf6c814d5e.jpg)
(1)當(dāng)球以ω=
做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子張力T為多大?桌面受到壓力N為多大?
(2)當(dāng)球以角速度ω=
做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子的張力及桌面受到的壓力各為多少?
(1)對小球受力分析,作出力圖如圖1.
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/810a19d8bc3eb135ebe2510aa51ea8d3fd1f445e.jpg)
根據(jù)牛頓第二定律,得
Tsin60°=mω
2Lsin60°①
mg=N+Tcos60° ②
又ω=
解得
T=mg,N=
mg(2)設(shè)小球?qū)ψ烂媲『脽o壓力時(shí)角速度為ω
0,即N=0
代入①②得ω
0=
由于ω=
>ω
0,故小球離開桌面做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則N=0此時(shí)小球的受力如圖2.設(shè)繩子與豎直方向的夾角為θ,則有
mgtanθ=mω
2?Lsinθ③
mg=Tcosθ ④
聯(lián)立解得 T=4mg
答:
(1)當(dāng)球以ω=
做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子張力T=mg,桌面受到壓力N=
mg;
(2)當(dāng)球以角速度ω=
做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子的張力為4mg,桌面受到的壓力為零.