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物理
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在光滑平面中,有一转动轴垂直于此平面,交点O的上方h处固定一细绳的一端,绳的另一端固定一质量为m的小球B,绳长AB=l>h,小球可随转动轴转动并在光滑水平面上做匀速圆周运动,如图所示,要使球不离开水平面,转动轴每秒所转圈数的最大值是( )
A.
1
2π
g
h
B.
π
gh
C.
1
2π
g
l
D.
2π
l
g
人气:337 ℃ 时间:2020-04-16 04:37:43
解答
如图所示,以小球为研究对象,小球受三个力的作用,重力mg、水平面支持力N、绳子拉力F.
在竖直方向合力为零,在水平方向所需向心力为F
n
=m
v
2
R
=m4π
2
n
2
R,而小球圆周的半径R=htanθ,根据牛顿第二定律得:
竖直方向有:Fcosθ+N=mg
水平方向有:Fsinθ=m
v
2
R
=m4π
2
n
2
R=m4π
2
n
2
htanθ
当球即将离开水平面时,N=0,转速n有最大值.
联立得:N=mg-m4π
2
n
2
tanθ=0
解得:n=
1
2π
g
h
.
故选:A
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