5.一轻绳两端各系一小球(可视为质点),质量分别为M和m(M>m),跨放在一个光滑的半圆柱体上.两球从水平直径AB的两端由静止释放开始运动.当m刚好达到圆柱体侧面最高点C处时,恰脱离圆柱体.则两球质量之比M∶m=?
问题描述:
5.一轻绳两端各系一小球(可视为质点),质量分别为M和m(M>m),跨放在一个光滑的半圆柱体上.两球从水平直径AB的两端由静止释放开始运动.当m刚好达到圆柱体侧面最高点C处时,恰脱离圆柱体.则两球质量之比M∶m=?
答
提示:M和m的重力做功,动能变化,用动能定理;
m在最高点,只有重力提供向心力;
m上升高度为半径,M下降高度是1/4圆周
答
设AB半圆半径为r.
脱离了,mg=mV²/r,求出V=√gr.M和m的速度V相同.
由动能定理,合外力做功等于动能改变量,
合外力做工只有重力做功(M>m)为g(0.5πrM-mr),
所以:g(0.5πrM-mr)=0.5V²(M-m)
整理计算,得出M:m=1/(π -1)