一质量为m的质点,系于长为R的轻绳的一端,绳的另一端固定在空间的O点,假定绳是不可伸长的、柔软且无弹性的。今把质点从O点的正上方离O点的距离为
的O1点以水平的速度
抛出,如图所示。试求;
(1)轻绳即将伸直时,绳与竖直方向的夹角为多少?
(2)当质点到达O点的正下方时,绳对质点的拉力为多大?

一质量为m的质点,系于长为R的轻绳的一端,绳的另一端固定在空间的O点,假定绳是不可伸长的、柔软且无弹性的。今把质点从O点的正上方离O点的距离为
的O1点以水平的速度
抛出,如图所示。试求;
(1)轻绳即将伸直时,绳与竖直方向的夹角为多少?
(2)当质点到达O点的正下方时,绳对质点的拉力为多大?

解析:在绳被拉直瞬时过程中机械能的瞬时损失,其实质点的运动可分为三个过程:
第一过程:质点做平抛运动。设绳即将伸直时,绳与竖直方向的夹角为
,如图4所示,则:![]()
且![]()
其中![]()
联立解得
,![]()
第二过程:绳绷直过程。绳绷直时,绳刚好水平,如图5所示。由于绳不可伸长,故绳绷直时,
损失,质点仅有速度
,且
。
图5
第三过程:小球在竖直平面内做圆周运动,设质点到达O点正下方时,速度为v’,根据机械能守恒定律有:
![]()
设此时绳对质点的拉力为T
,则![]()
联立解得:![]()

