Question

如图所示，AB为竖直转轴，细绳AC和BC的结点C系一质量为m的小球，两绳能承担的最大拉力均为 2mg，当AC和BC

如图所示，AB为竖直转轴，细绳AC和BC的结点C系一质量为m的小球，两绳能承担的最大拉力均为 2mg，当AC和BC均拉直时∠ABC=90°，∠ACB=53°，BC=1m，ABC能绕竖直轴AB匀速转动，而C球在水平面内做匀速圆周运动，求：（1）当质量为m的小球的线速度增大时，AC和BC哪条绳先断？（sin53°=0.8）（2）当一条绳被拉断后，m的线速度继续增加，小球的运动状态会发生什么变化？

Answer 1

（1）当小球线速度增大时，BC逐渐被拉直，小球线速度增至BC刚被拉直时，
对球：T_Asin∠ACB-mg=0…①
TAcos∠ACB+TB＝m

v2

r

…②
由①可求得AC绳中的拉力TA＝

5

4

mg，
线速度再增大些，T_A不变而T_B增大，所以BC绳先断．
（2）当BC绳断之后，小球线速度继续增大，小球m作离心运动，AC绳与竖直方向的夹角α增大，对球：T'_Acosα-mg=0…③
T′Asinα＝m

v2

r′

…④
可以求得当α=60°时，T_AC=2mg，线速度再增大，则AC即断．      
答：（1）当质量为m的小球的线速度增大时，BC绳先断；
（2）当一条绳被拉断后，m的线速度继续增加，小球m作离心运动，当线速度增大到某个值时，AC绳会断．