问题
计算题
(18分)如图所示,一个质量为m的钢性圆环套在一根固定的足够长的水平直杆上,环的半径略大于杆的半径。环与杆之间的动摩擦因数为,t=0时刻给环一个向右的初速度v0,同时对环施加一个方向始终竖直向上的力F,已知力F的大小F=kv(k为常数,v为环的运动速度),且有kv0>mg。t=t1时刻环开始沿杆做匀速直线运动,试求:
(1)t=0时刻环的加速度;
(2)全过程中环克服摩擦力做的功;
(3)0~t1时间内环沿杆运动的距离。
答案
⑴t=0时刻,由牛顿第二定律得 N+mg=F=kυ0 (2分)
f=μN=ma(2分)
由以上两式解得 (1分)
⑵当F=kυ1=mg时,环做匀速直线运动,此时速度为(2分)
全过程克服摩擦力做的功为 (3分)
⑶由动量定理得 (2分)
由于环运动过程中每一时刻有
所以有 (2分)
由以上式子得 (2分)
环在t1时间内的位移为 (2分)
其他合理解答,同样给分。