如图,长为L、质量为M=2kg的圆柱形木棒竖直放置,在其顶部套有质量为m=1kg的薄铁环,当棒和环有相对运动

2025-06-26 15:54:13
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回答1:

(1)研究棒与环速度不同时
对棒分析受力如图,由牛顿第二定律得

kmg+Mg=Ma1
1.6×10+2×10=2a1
a1=18m/s2
对环分析受力如图,由牛顿第二定律得

kmg-mg=ma2
1.6×10-10=a2
a2=6m/s2
当棒和环速度相等时,一起向上作减速运动
设从开始运动到相等所花时间为t,由vt=v0-a1t 得:
2.4-18t=6t
t=0.1s
则棒与环发生的相对位移根据位移等于v-t图象与坐标轴围成的三角形面积得:
L0=

1
2
v0t=0.1×
2.4
2
=0.12m
即棒的长度不得少于0.12m.
(2)棒的运动过程为先以加速度18m/s2作匀减速运动0.1s,再以加速度10m/s2匀减速运动至速度为零.
由s=v0t+
1
2
at2 得第一段位移:
s1=2.4×0.1-
1
2
×18×0.12
s1=0.15m
第二段位移初速度为v=2.4-18×0.1=0.6m/s
由vt2-v02=2as  得第二段位移
s2=
.062
2×10
=0.018m
即棒上升的位移s=s1+s2=0.15+0.018=0.168m
答:(1)若要求铁环、木棒在空中运动过程中铁环不脱离木棒,此木棒最小长度L0为0.12m.
(2)设木棒足够长,求棒总共上升的最大高度0.168m.