問題詳情:
如圖所示,在一根沒有重力、長度爲l的棒的中點與端點上分別固定了兩個質量分別爲m和M的小球,棒沿豎直軸用鉸鏈連接,棒以角速度勻速轉動,試求棒與豎直軸線間的夾角。
【回答】
當,即時,;
當,即時,。
【解析】
取隨杆繞軸轉動的座標系爲參考系,則m與M受到的慣*力分別爲和,方向均垂直於轉軸向外。
在該參考系內,w與M均是靜止的,杆對於O點處於力矩平衡狀態,於是有
,
解得,
即。
討論:
當,即時,。
當,即時,。
點睛 質點在轉動的非慣*系中,其慣*力會因位置的變化而變化,或者說,如將慣*力等效爲力場的話,其力場並不是恆定的,慣*力並不一定作用在物體的質心上。
本問題屬於轉動參考系的靜平衡的問題。但這裏的“平衡”是相對於圓形軌道而言的,這顯然是非慣*系,這裏的平衡也不是通常意義下的平衡,如果在旋轉參考系中忽視了慣*離心力的存在,則解答肯定是徒勞無功的。
在本題中,如將兩小球的質量均勻分佈到杆上,其慣*力的作用點就不能取作杆的中點,讀者可以試着對這一問題求解,便可體會到其中的奧妙所在。
知識點:物理競賽
題型:解答題