问题
计算题
一个质量为M的光滑圆环用线悬吊着,将两个质量均为m的有孔小球套在圆环上,且小球能在圆环上无摩擦地滑动,现同时将两小球从环的顶端无初速度释放,使它们分别向两边自由滑下,如图所示。试问当m与M满足什么关系,θ角要在什么范围时,圆环将升起?
答案
,
小球从环的顶端释放,速度越来越大,所需要的向心力越来越大,而小球重力沿半径方向的分力mgcosθ却越来越小,环对求得弹力(指向环心)越来越大,球对环的反作用力(远离圆心)随之增大,当其竖直分量大于圆环的重力时,圆环自动升起。
设两小球由A运动B、C到时,此时,
由机械能守恒得:
小球在B点受到环的弹力N为,则:
解得:
圆环此时升起,即 得
则角的范围是 而且角若有实数解必须,即