一道物理题!答清楚给加分

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/05 10:47:26
在光滑水平面上钉有A,B来那个铁钉。相距0.1M,长1M的细线一端系在A上,另一端系一个质量为0.5KG的小球,小球初始位置在A的连线上的左侧。现给小球以垂直于线的2M/S的速度做圆周运动,如果细线承受的最大拉力为7N,从开始运动到线断裂经历多长时间?请讲清过程~

每次绳子转半圈就与钉子响撞,半径激怒减少0.1M,绳子的拉力提供向心力,T=MV2/L大于7N时,L小于2/7=0.286M时,绳子断了。绳子长度每撞一次减少0.1M,撞了8次后,绳子断了。
在撞了8次之前,每次运动轨迹为一个半圆,半径依次为1M,0.9M,0.8M,,,,,,0.3M。时间为 派*[1+0.9+0.8+,,,+0.3]/V

该过程满足能量守恒,速度保持不变。当从初始位置转半周后,圆心变化为B,半径突然缩小,但是动能不变。接着,再转半周,圆心变为A,半径突然缩小,动能不变。如此往复。
绳中拉力作为向心力,F = mv^2/r 。当r突然减小时候,F突然增大。当F达到7N以上时,绳断。

初始动能
E = (1/2)*mv^2 = (1/2)*0.5kg*(2m/s)^2 = 1 焦耳。

当 F > 7N时,即
m*v^2/r > 7
r < mv^2/7
r < 2/7 = 0.28 米

初始半径为 1 米。当半径为0.3米时 运行半个周期后,绳开始断裂。

周期 T = 2πr/v = π r
其中 r 以“米”为单位,T以“秒”为单位。

因此 从 r = 1 米 至 r=0.3 米所经历的时间t 为
t = (1/2) * [T(r=1) + T(r+0.9) + …… + T(r=0.3)]
= (1/2) * π *( 1 + 0.9 + …… + 0.3)
= (1/2)* π * 5.2
= 8.17 秒