问题标题:
游乐场有一种游乐设施叫飞椅,该装置可做如图所示简化:一竖直杆上的P点系着两根轻绳,绳子下端各系着一个小球(相当于椅和人)AB,杆绕竖直轴匀速旋转稳定后,AB两球均绕杆做匀
问题描述:
游乐场有一种游乐设施叫飞椅,该装置可做如图所示简化:一竖直杆上的P点系着两根轻绳,绳子下端各系着一个小球(相当于椅和人)A B,杆绕竖直轴匀速旋转稳定后,A B两球均绕杆做匀速圆周运动,用mamb表示A B两个小球的质量,用lalb表示两根绳的长度,用θ1θ2表示两绳与竖直方向的夹角,(不计空气阻力和杆的粗细)
(1)若la=lb,ma>mb,试比较θ1θ2的大小关系.
(2)若la>lb,ma<mb,试比较A B距离水平地面高度hahb之间的关系.
李哲林回答:
(1)设两球做匀速圆周运动的角速度相同为ω,由牛顿第二定律得:
mgtanθ=mω2Lsinθ
由于两飞椅绳长相同,故倾角θ与质量无关,故
θ1=θ2
(2)设P点距地面高度为H,则:
设两球做匀速圆周运动的角速度相同为ω,由牛顿第二定律得:
mgtanθ=mω2Lsinθ①
hA=H-lAcosθ1②
hB=H-lBcosθ2③
由①得:lAcosθ1=lBcosθ2
故:hA=hB
答:(1)若la=lb,ma>mb,则θ1=θ2
(2)若la>lb,ma<mb,A B距离水平地面高度ha=hb
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