曲线运动的题

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/20 13:11:21
长为L的轻杆两端有质量均为m的两个小球A和B,A靠在竖直墙上,B与水平地接触,两处均不计摩擦,开始时杆与水平面成60°角,放手后A下滑,B右滑。问:当杆与地面成多少度角时A刚好脱离墙壁?此时B的速度多?

设出这个角度a
用其可以表示出两球的位置,继续可以写出势能的减少量,
然后又因为两球的速度方向被限制在水平和竖直方向,结合一定几何关系,可以用a写出两球的速度比,加上动能的和,我们可以算出两个球分别得速度。
接下来是关键:
脱离瞬间体系水平方向不受力,质心水平方向匀速,把参考系移到一个速度和质心水平分量速度一样的参考系是可行的。质心的速度先通过前面AB的速度求和平均求出。
在这个参考系中杆重心竖直下落,且同时杆在发生转动,墙在匀速后退。可以算出A球在这个参考系中的速度,把A的速度分解,它的水平分量小于等于墙的速度则脱离,临界就是等于的情况。
因为上面所有的速度什么都是用a写出,所以最后可以得到关于a的方程,就可以解出角度及其他要求的量。
虽这么说了下思路,不过本人也可以预见到其过程的繁琐,所以没有具体做。说实话,我犹豫了三小时才决定答你这个题。这个分数还是要争取下,所以希望具体讨论就HI我把。

设离壁时角度为β,A,B速度为vA,vB
首先由能量方程:1/2*m(vA^2+vB^2)=mgL(sin60°-sinβ)
再由质心运动方程得离壁时质心速度的水平分量和垂直分量分别为vB/2,vA/2
而B此时加速度为0,A加速度为g(因为轻杆不能承受转矩)
因此质心C的加速度为g/2

在质心参考系中,A、B的运动方向都应垂直于杆,因此有:
tanβ=vB/vA,合速度为:v=sqrt(vA^2/4+vB^2/4)
而相对质心,A、B的加速度均为g/2,方向相反
因为轻杆上没有力,A、B相对质心的圆周运动的加速度均有惯性力提供,即mg/2在沿杆方向上的分量
所以:mg/2*sinβ=mv^2/(L/2) => g*sinβ=4v^2/L=(vA^2+vB^2)/L

至此,共有三个方程,三个未知数vA,vB,β,一定可以解出

由第三个方程:vA^2+vB^2=gL*sinβ
代入第一个方程:1/2*gL*sinβ=gL(sin60°-sinβ)
得到:3/2*sinβ=sin60°=> sinβ=sqrt(3)/3