一根长度为L的轻绳一端固定,另一端拴一质量为m的小球,若在悬点O的正下方钉一小钉,拉起小球至细绳水平位置时,由静止释放小球,当绳碰到小钉后,小球刚好能在以钉子C为圆心的竖直

问题描述:

一根长度为L的轻绳一端固定,另一端拴一质量为m的小球,若在悬点O的正下方钉一小钉,拉起小球至细绳水平位置时,由静止释放小球,当绳碰到小钉后,小球刚好能在以钉子C为圆心的竖直面内做圆周运动.若不考虑细绳碰钉子时的能量损失及空气阻力,求小钉的位置C距悬点O的距离.

小球绕钉子圆周运动恰好到达最高点时,由重力提供向心力,由牛顿第二定律得:
   mg=m

v2
r

从开始运动到圆周的最高点的过程,由机械能守恒定律得:
  mg(L-2r)=
1
2
mv2

联立解得:r=
2
5
L
则小钉的位置C距悬点O的距离 CO=L-r=
3
5
L
答:小钉的位置C距悬点O的距离为
3
5
L.