Question

一道高中物理选择题，有关能量的，其中一个选项不太懂。如图：

这个C选项怎么解释呢？
（别给我说曲线运动，所以合力不为零。因为曲线运动某一瞬间合力是可以为零的）
不是说速度达到最大，合力就为零吗（为什么这条规律不适用于这个题？）
麻烦您解释一下我的疑问，再分析下选项C

Answer 1

你说得没错，曲线运动某一瞬间合力是可以为零，但并不代表一定要为0。我可没听说速度达到最大合力就为零！这条规律你是在什么情况下总结出来的？适用于什么情况？一定要把受力和物体所处的状态结合起来分析:本题细线与竖直成30°角时，物体处于圆周运动轨迹中的一个点，此前物体由于被加速，所以此刻速度不为0，既然是圆周运动中速度不为0的点，其半径方向的合力就不能为0，提供它做圆周运动所需要的向心力，也就不可能是平衡状态了呀。此时
它切线方向的合力为0，所以速度最大

Answer 2

LZ您好

F=√3/3G

那么F与G的合力方向与竖直方向夹角θ有

sinθ=F/G=√3/3≠1/2=sin30

可见F与G的合力根本和绳子不处于一条直线上。故合力不为0，C说力不平衡当然是OK的。

现在来说说你题目里疑问的事情……

曲线运动速度最大的地方的前提是力所做的功完全转化为动能（此时不存在重力势能，弹性势能，甚至克服电场力而出现电势能也OK，都必须是最低的！）

而本题力所做的功有一部分转化为了重力势能，不符合这一前提。

追问

等等，F和G的合力是和绳子再一个方向上的

您的合成好像有些问题吧，根据三角形法则，tan（合力和竖直方向的夹角）=F/G

所以和竖直方向成30度

和细线是一样的（您可以画画图）

追答

抱歉,我图确实画错了...
不过你那个速度最大合外力为0的问题我后来仔细想了以下...
答案是:对任何曲线运动都不成立或难以成立!
高中只在一个地方发生过合外力为0速度最大:弹簧振子的来回周期运动.
然而其他周期运动都不符合合外力为0,譬如单摆,最低点时依旧有合外力,并指向悬挂点.变0的只有水平方向的"回复力"
所以你的原来那个问题从一开始就全错了...30度角的时候存在合外力,指向悬挂点.

追问

谢谢您！

Answer 3

速度最大，合力为零，这个好像是简谐运动的，并不适用于圆周运动，单摆是近似于简谐运动，但这个题应该不适用单摆，因为摆动幅度过大。
他只要是圆周运动，就必有向心力，我觉得圆周运动过程中没有合外力为零的情况，因为他速度的方向一直在变，是变速运动，必有加速度。30度的时候，绳子的拉力和F与重力的合力是在一条直线的，如果他们大小相等，向心力谁来提供？
这个题其实和竖直平面圆周运动是类似的，30度的时候，相当于竖直平面圆周运动到达最低点的情况，此时绳子的拉力大于F和重力的合力，两者之差提供加速度。

Answer 4

速度最大时，在这一瞬间合力确实为零了，没有问题。

虽然合力为零了，但速度存在，小球因为惯性（动量）而继续向前运动，本来想直线运动，但受到绳子的束缚只能沿着圆弧运动，同时产生了延圆弧切线方向的反向力（加速度），小球速度逐渐下降，降为零，又白回来。

Answer 5

先理解一个问题：用绳拴一个小球在竖直平

面内做圆周运动时，小球运动到最低点时是不是

速度最大，小球受到的合力就是提供小球做圆周

运动的向心力。

在这个题目中的C选项跟上面的问题理解是一

样的。小球与竖直方向成30º时速度最大，向心

力最大，所以合力不为0.