一道圆周运动问题(只需简要说明)

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/17 14:21:06
质量为m的小球,用轻质细绳拴住,在竖直平面内绕线的一端做圆周运动,那么小球通过最高点和最低点时,细线拉力的差值是多少?

在最高点和最低点时,拉力的差值是5mg。
分析:考虑一种特殊情况,当小球通过最高点时,向心力刚好完全由小球的重力充当,所以这时细线对小球的拉力为0;
F拉=0
F向=G
mv^2/r=mg
v=√gr
当小球运动到最低点时,由于小球在最高点时的重力势能转化为小球的动能,所以此时速度达到最快
mg*2*r=mΔv^2/2
Δv=√4gr
所以小球在最低点的速度为
v'=v+Δv=√5gr
此时的向心大小为
F向'=mv'^2/r=m*(√5gr)^2/r=4mg
而此时细线的拉力除充当了向心力处,还有一部份与重力平衡,所以
F拉'=F向'+G=4mg+mg=5mg
所以细线在最高点与最低点时的拉力差为:
ΔF拉=F拉'-F拉=5mg-0=5mg

你先用机械能守恒算出最高点和最低点速度的差值,然后算向心力的差值。最高点拉力和重力之和提供向心力。最低点拉力减去重力提供向心力。所以拉力的差值是向心力的差值加上两倍的重力。