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

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?

答案

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:

   

    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

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:

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