一道物理题目

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hrcren
2015-06-26 · TA获得超过1.8万个赞
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斜面没有指明是否光滑,这关系到是否考虑摩擦

先做一般性讨论,考虑摩擦f;受力分析如下图

(1)可知质心沿斜面的加速度为

ma=mgsinθ-f=mgsinθ-μmgcosθ

a=g(sinθ-μcosθ)

若不考虑摩擦,则μ=0,加速度为a=gsinθ

(2)运动产生的动能和摩擦消耗的热能均由减少的势能提供

由能量守恒有

mgLsinθ=fL+Ek=μmgLcosθ+Ek

∴Ek=mgL(sinθ-μcosθ)

m,g,L,θ一般为定值,讨论μ即可

易知当μ取得最大值时,Ek取得最小值

至于最小值是多少,要视μ的最大值而定

若不考虑摩擦,则μ=0,Ek=mgLsinθ为定值,无最小值

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追问
这不是质点运动学问题
追答
据你的描述,这个球完全可以看做质量集中于质心的质点
你所考察的质心的运动状态就与质点完全相同
而且,更特别的是,你没有指明球半径的大小,为何不能看做质点?
darrel2012
2015-07-10 · TA获得超过3396个赞
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这是一个简单题目:
(1)设球心沿斜面走了x,球的角速度为w,角加速度为b,质心C的速度为Vc,质心C的加速度为Wc,则由动能定理,注意球与斜面接触点p是速度瞬心,因此
Jp*w^2/2=mgx*sin(sita)
其中Jp=2mr^2/5+mr^2=7mr^2/5。两边对时间求导数,注意x对时间求导数为Vc,并且Vc=rw,可得
Jp*w*b=mgVc*sin(sita)=mgrw*sin(sita)
消去w,得 b=5gsin(sita)/(7r)
Wc=rb=5gsin(sita)/7
(2)设球与斜面的滑动摩擦系数为f,设球的动能为T,由动能定理
T=mgLsin(sita)-Af
其中Af是滑动摩擦力做的功(特别注意:静摩擦力是不做功的,这是基本概念)。不难求得滑动摩擦力F=fmgcos(sita)。显然球在路程L上全是滑动的,Af最大,T最小,这时
Af=fmgLcos(sita)
T=mgL[sin(sita)-fcos(sita)]
由T>0知 tan(sita)>f
只要满足上述条件,就可以实现球动能的最小,tan(sita)越接近f(或f越接近tan(sita)),T越接近零。
更多追问追答
追问
Af≠fmgLcos(sita)
摩擦系数不一定恒定
追答
这不影响问题的解答思路,只是在求滑动摩擦力(不是静摩擦力)的功时用积分即可。摩擦问题本就是一个非常复杂的物理问题,在大学本科的程度,没必要用太复杂的模型,线性模型(就是库伦定律,摩擦系数是常数)是最好的,这符合抓问题的主要矛盾,忽略次要因素的思维方式。实际的事例摩擦系数就不会是恒定的,抽象出来的力学模型摩擦系数就是恒定的,正是本着这个思维方式。
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谦学刘
2015-06-23 · TA获得超过2520个赞
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自己画图 受力分析 加速度为gSinθ
重力势能减少 动能增大 机械能守恒 则有 mgLSinθ=1/2mv^2
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