如图所示,绳长为
l=1.8m,其上端固定在天花板上,下端系一质量为1kg的小球,现将小球举到绳的上端悬点处由静止释放。若天花板距地面高为
h=3.6m,小球经
t=1.2 s 落地,求小球拉断绳所做的功(设绳被拉断的时间不计,
g取10 m/s
2)
解答:小球有三个过程:第一过程,球由静止下落至绳刚刚被直,些过程中小球自由落体运动;第二过程,球将绳拉断,小球克服拉力做功;第三过程,绳断后小球具有一定的初速度竖直下抛。第一个过程:小球自由下落的高度为
l=1.8m,据运动学公式可知其下落的时间

,在绳刚刚被拉直时,小球运动的速度为

。第二过程:小球以初速度为
v1,拉断绳后的末速度未知,设为
v2,据题意知,此过程的时间不计。第三过程:小球以初速度
v2做竖直下抛运动,运动的时间为
t3=
t-
t1=1.2s-0.6s=0.6s,位移
S=
h-
l=3.6m-1.8m=1.8m。由此可据运动学公式

求出小球在第三个过程的初速度(即第二个过程的末速度),即

,解得
v2=0。由于在第二个过程中小球的初速度为
v1=6m/s,末速度为
v2=0,以小球为研究对象,因拉断绳的时间不计,故可不考虑拉断绳的过程中小球的位移大小,因此只有绳的拉力对球做功,据动能定理则有

,解得
W绳 =-18J,即绳对小球做负功。所以小球拉断绳所做的功为18J