问题
问答题
如图所示，质量为m、长为L的均匀细杆OA，一端通过光滑铰链固定在地面O处，在细杆中点B处系一根细绳，细绳绕过两个光滑定滑轮后悬挂着物体D，物体D的质量为细杆质量的1/3，D离滑轮距离足够远．在外力F的作用下使细杆与地面保持夹角θ为60°，此时细绳CB与杆的夹角也为60°（如图所示）．已知细杆绕O点转动的动能表达式为Ek=
mL2ω2，m表示杆的质量，L表示杆的长度，ω表示杆转动的角速度．求：1 6
（1）外力F的最小值．
（2）撤去外力F后，细杆从图示位置到绕O点罢到地面前的过程中，系统（指细杆和物体D）重力势能的变化量．
（3）撤去外力F后，细杆绕O点转到地面的瞬间，物体D的速度大小．
答案
（1）要使F最小，F必须作用于A点，且方向垂直于杆斜向上．如图．
根据力矩平衡条件得：FL+T
sin60°=mgcos60°L 2 
又T=
mg1 3
代入解得 F=
mg=0.11mg3- 3 12
（2）撤去外力F后，细杆从图示位置到绕O点罢到地面前的过程中，物体D的重力势能增大，杆的重力势能减小，
由图可知，细杆重心下降了
L，物体D上升了3 4 L 2
则△EP=
mg•1 3
-mgL 2
L=3 4
mgL=-0.27mgL2-3 3 12
即系统的重力势能减小了0.27mgL．
（3）设细杆着时角速度为ω，B点着地时速度为vB，物体D的速度为vD，则
vB=ω•
vD=vBsinθL 2
根据系统机械能守恒得
mL2ω2+1 6
×1 2
m1 3
=-△EPv 2D
代入解得vD=0.5gL
答：（1）外力F的最小值为0.11mg．
（2）撤去外力F后，细杆从图示位置到绕O点罢到地面前的过程中，系统重力势能的变化量为-0.27mgL．
（3）撤去外力F后，细杆绕O点转到地面的瞬间，物体D的速度大小为vD=0.5
．gL