问题 问答题

图示A、B分别是固定墙上的两个相同的钉子,一根长2L,质量为m,质量分布均匀的细杆搁在两钉子间处于静止状态,开始时AB间距离为2/3L,杆的上端恰好在A点,且杆与水平方向的夹角为30°.

(1)求A、B两点上受到的弹力.

(2)如果让钉子A不动,钉子B以A为圆心绕A慢慢地逆时针转动,当转过15°时,杆刚好开始向下滑动.求杆与钉子间的滑动摩擦系数是多少?

(3)如果细杆与水平方向保持30°不变,钉子B沿着杆方向向下改变位置,则B移动到距A多大距离处时,杆不再能保持平衡?

答案

(1)以B为转动轴,根据力矩的平衡条件,有

    mgcos30°

L
3
=NA
2L
3
    

则得  NA=

3
4
mg      

以A为转动轴,则有 mgcos30°L=NB

2L
3
 

解得 NB=

3
3
4
mg   

(2)当转过15°时,此时杆与水平方向成45°角.根据力矩的平衡条件,有

   mgcos45°

L
3
=NA
2L
3
,得 NA=
2
4
mg            

   mgcos45°L=NB

2L
3
    得,NB=
3
2
4
mg          

杆刚好开始向下滑动,静摩擦力恰好达到最大,沿杆方向则有  Mgsin45°=µ(NA+NB)                       

 

2
2
mg=µ
4
2
4
mg        

解得  µ=0.5             

(3)设当B点移动到距A点距离为x的地方,杆开始失去平衡.

以B为转动轴    mgcos30°(L-x)=NAx  解得 NA=

3
(L-x)
2x
mg 

以A为转动轴    mg cos30° L=NBx     解得 NB=

3
L
2x
mg         

沿杆方向有    mgsin30°=µ(NA+NB)                        

联立得 (2L-x) 

3
=2x     

解得,x=

2
3
L
2+
3
=0.928L      

答:

(1)A、B两点上受到的弹力分别为

3
4
mg和
3
3
4
mg.

(2)杆与钉子间的滑动摩擦系数是0.5.

(3)如果细杆与水平方向保持30°不变,钉子B沿着杆方向向下改变位置,则B移动到距A0.928L距离处时,杆不再能保持平衡.

单项选择题