问题 问答题

如图(a)所示,ABCO是固定在一起的T型支架,其中水平部分AC是质量为M=2kg、长度为L=1m的匀质薄板,OB是轻质硬杆,下端通过光滑铰链连接在水平地面上,可绕水平轴O在竖直面内自由转动,支架A端搁在左侧平台上.已知AB的长度l1=

3
4
L,OB的长度h=0.5m.现有一质量为m=2kg的钢块(可看成质点)以v0=3m/s的水平初速度滑上AC板,钢块与板间动摩擦因数μ=0.5.问:T型支架会不会绕O轴翻转?(g=10m/s2

某同学的解题思路如下:

支架受力情况如图(b),设支架即将翻转时钢块位于B右侧x处,根据力矩平衡的方程:

Mg(l1-

L
2
)=N•x,式中N=mg,

解得x=0.2m.

此时钢块离A端

s1=

3
4
L+x=0.95m.

然后算出钢块以v0=3m/s的初速度在AC板上最多能滑行的距离s2

比较这两个距离:

若s2≤s1,则T型支架不会绕O轴翻转;

若s2>s1,则会绕O轴翻转.

请判断该同学的解题思路是否正确.若正确,请按照该思路,将解题过程补充完整,并求出最后结果;若不正确,请用自己的方法算出正确的结果.

答案

该同学的结论不正确.

钢块在杆上运动时,对杆产生的摩擦力是滑动摩擦力,方向沿杆向右,该力对轴O同样有力矩作用.

支架恰好不翻转的力矩平衡方程应该是

Mg(l1-

L
2
)=N•x+f•h;

式中N=mg,f=μN=μmg

带入数据:2×10×(0.75-0.5)=2×10x+0.5×2×10×0.5

可解得:x=0,所以只要钢块沿杆滑行s1=0.75m到达B点,支架即翻转.

另外,钢块沿杆滑行时,有

μmg=ma,解得a=μg=5m/s2

钢块在杆上最多能滑行的距离

S2=

v20
2a
=
32
2×5
m=0.9m

由于S2>S1,所以当钢块滑到B点时T型支架就会翻转.

答:当钢块滑到B点时T型支架就会翻转.

单项选择题
单项选择题 A1/A2型题