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如图所示,在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘盘面上,离轴心r=20cm处放置一小物块A,其质量为m=2kg,A与盘面间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的k倍(k=0.5),试求

⑴当圆盘转动的角速度ω=2rad/s时,物块与圆盘间的摩擦力大小多大?方向如何?

⑵欲使A与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的最大角速度多大?(取g=10m/s2

答案

f=F=mω2r=1.6N方向沿半径指向圆心. 


解析:

⑴物体随圆盘一起绕轴线转动,需要向心力,而竖直方向物体受到的重力mg、支持力N不可能提供向心力,向心力只能来源于圆盘对物体的静摩擦力.

根据牛顿第二定律可求出物体受到的静摩擦力的大小:f=F=mω2r=1.6N方向沿半径指向圆心. 

⑵欲使物快与盘不发生相对滑动,做圆周运动的向心力不大于最大静摩擦力

所以: 

解得

点评:物体仅在摩擦力作用下做圆周运动,如果是匀速圆周运动摩擦力完全提供向心力与速度垂直,指向圆心;若是加速转动,摩擦力不再指向圆心,摩擦力垂直速度的分力提供向心力,沿速度方向的分力使物体加速。如果做圆周运动的向心力大于最大静摩擦力时就会滑动,做离心运动。   

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