Question

如图13是电动打夯机的结构示意图，电动机带动质量为m的重锤(重锤可视为质点)绕转轴O匀速转动，重锤转动半

如图13是电动打夯机的结构示意图，电动机带动质量为m的重锤(重锤可视为质点)绕转轴O匀速转动，重锤转动半径为R。电动机连同打夯机底座的质量为M,重锤和转轴O之间连接杆的质量可以忽略不计，重力加速度为g。 (1)重锤转动的角速度为多大时，才能使打夯机底座刚好离开地面？ (2)若重锤以上述的角速度转动，当打夯机的重锤通过最低位置时，打夯机对地面的压力为多大？

Answer 1

（1）ω=         （2）2( M + m ) g

(1)重锤在竖直平面内做匀速圆周运动，当重锤运动通过最高点时，打夯机底座受连接杆竖直向上的作用力达到最大。此时重锤所受的重力 mg 和连接杆对重锤向下的拉力 T 1 提供重锤的向心力，根牛顿第二定律        T 1 + mg = mw 2 R 。   …………1分 连接杆对打夯机底座向上的拉力         T 1 ′= T 1 。…………1分 当 T ′= Mg 时，打夯机底座刚好离开地面， …………1分 解得                                              ω= 。 …………1分 (2)当重锤通过最低位置时，重锤所受的重力 mg 和连接杆的拉力 T 2 的合力提供重锤的向心力，根据牛顿第二定有： T 2 - mg = mw 2 R 。…………1分 连接杆对打夯机底座的作用力 T 2 ′的方向向下，且 T 2 ′= T 2 。 设打夯机受到地面的支持力N，根据牛顿第二定律， N=Mg+T 2 ’ ，…………1分 联立以上各式解得     N=2（M+m）g 。…………1分 根据牛顿第三定律，打夯机对地面压力的大小 N ′= N =2( M + m ) g 。…………1分