如图所示,A、B两小球分别固定在一刚性轻杆的两端,两球球心间相距L=1.0m,两球质量分别 为mA=4.0kg,mB=1.0kg,杆上距A球球心0.40m处有一水平轴O,杆可绕轴无摩擦转动,现先使杆保持水平,
问题描述:
如图所示,A、B两小球分别固定在一刚性轻杆的两端,两球球心间相距L=1.0m,两球质量分别 为mA=4.0kg,mB=1.0kg,杆上距A球球心0.40m处有一水平轴O,杆可绕轴无摩擦转动,现先使杆保持水平,然后从静止释放当杆转到竖直位置,求:
(1)当杆转到竖直位置两球的速度各是多少?
(2)转动过程中杆对A球做功为多少 (计算中重力加速度的数值g=10m/s2)
答
(1)设杆转到竖直位置的角速度为ω,A、B两球的速度分别为vA和vB,由公式v=ωR可知:
=vA vB
LA LB
取杆的初位置为零势能面,以两球组成的系统为研究对象,由机械能守恒定律得:
-mAgLA+mBgLB+
mAvA2+1 2
mBvB21 2
联立得:
vA=
4 5
m/s
5
vB=
6 5
m/s
5
(2)设该过程中杆对A做功为W,对A在该过程用动能定理得:
mAgLA+W=
mAvA21 2
解之得:
W=-9.6J
答:(1)当杆转到竖直位置两球的速度分别是
4 5
m/s、
5
6 5
m/s;
5
(2)转动过程中杆对A球做功为-0.96J.