如圖(甲)所示的雙人花樣滑冰的物理學(xué)原理,可雷同與圖(乙)所示的物理模型.在圓盤(pán)的正中心放置一方形底座,底座中央插一直桿,桿上P點(diǎn)系一輕繩,繩的另一端系一小球.小球質(zhì)量為m,底座和桿的總質(zhì)量為M,底座和盤(pán)的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.P點(diǎn)到盤(pán)心的豎直距離為h,重力加速度取g,繩長(zhǎng)大于h,轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中底座與桿不會(huì)翻倒.
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(1)待小球隨盤(pán)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)后,發(fā)現(xiàn)小球?qū)ΡP(pán)剛好無(wú)擠壓,則此時(shí)盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T
0為多大?
(2)將盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期調(diào)到2T
0,待小球隨盤(pán)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)后,發(fā)現(xiàn)底座剛好不打滑,則此時(shí)小球的旋轉(zhuǎn)半徑為多大?
(1)小球受重力和拉力,根據(jù)牛頓第二定律,有:
Tcosθ=mg
Tsinθ=m
(htanθ)聯(lián)立解得:T
0=2π
(2)將盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期調(diào)到2T
0,待小球隨盤(pán)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)后,發(fā)現(xiàn)底座剛好不打滑,說(shuō)明靜摩擦力達(dá)到最大值;對(duì)球、桿和底座整體,根據(jù)牛頓第二定律,有:
m
R=μ(M+m)g
解得:R=
答:(1)盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T
0為2π
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(2)小球的旋轉(zhuǎn)半徑為
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