如图所示,半径为R、质量为M的均匀球靠竖直墙放置,左下方有一厚为h、质量为m的木块.若不计摩擦,用至少多大的水平力F推木块才能使球离开地面?此时木块对地的压力为多大?

问题描述:

如图所示,半径为R、质量为M的均匀球靠竖直墙放置,左下方有一厚为h、质量为m的木块.若不计摩擦,用至少多大的水平力F推木块才能使球离开地面?此时木块对地的压力为多大?

球刚好离开地面时,球和木块的受力情况如图甲和乙所示.

由图甲,根据平衡条件有:
N1sinα-Mg=0①
又由几何关系有:
sinα=

R−h
R

由图乙,根据平衡条件有:
F-N2cosα=0②
F2-N2sinα-mg=0③
根据牛顿第三定律有:
N1=N2    ④
联立①②③④解得:
F=
Mgh(2R−h)
R−h
,F2=(M+m)g
根据牛顿第三定律知,木块对地面的压力为(M+m)g
答:当F=
Mgh(2R−h)
R−h
时,才能使球离开地面,此时木块对地面的压力为(M+m)g.