如图所示,底座A上装有长0.5m的直立杆,总质量为1kg,用细线悬挂,底座底面离水平地面H=0.2m,杆上套有质量为0.2kg的小环B,它与杆间有摩擦,设环与杆相对滑动时摩擦力大小始终不变,环从底座以
m/s的初速度沿杆向上运动,最后恰能到达杆的顶端(取g=10m/s2).求:15
(1)环沿杆上滑过程中的加速度大小;
(2)在环上滑过程中,细线对杆的拉力大小;
(3)若小环在杆顶端时细线突然断掉,底座下落后与地面立即粘合后静止,整个过程杆没有晃动,则线断后经多长时间环第一次与底座相碰?
(1)环向上作匀减速运动过程中,有:Vo2=2a1s
得 a1=
=15m/s2 v 20 2S
即环沿杆上滑过程中的加速度大小为15m/s2.
(2)环向上作匀减速运动过程中,对环受力分析有,受重力和向下的摩擦力,根据牛顿第二定律,有:mg+f=ma1
得 f=ma1-mg=1N
对杆受力分析,受重力Mg、向上的摩擦力f和细线的拉力F,根据共点力平衡条件,有
F=Mg-f
解得 F=9N
即在环上滑过程中,细线对杆的拉力大小9N.
(3)对环和底座一起下落过程,有:H=
gt121 2
解得
t1=
=0.2s 2H g
根据速度时间公式,有
V1=gt1=2m/s
底座静止后,环作匀加速运动,对此过程有:mg-f=ma2
得a2=5m/s2
据L=V1t2+
a2t22 1 2
解得t2=0.2s
故环向下运动的总时间为:t=t1+t2=0.4s
即线断后经0.4时间环第一次与底座相碰.