轻杆、轻绳、轻弹簧的力学特征
轻杆、轻绳、轻弹簧的力学特征
赵斌 (湖南省长沙市第六中学 410000)
轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想模型,它们的力学特征既有相同又有相异,由不同模型构建的物理情景因而具有不同的性质和规律。
一、力的方向有异
1、轻绳提供的作用力只能沿绳并指向绳收缩的方向;
2、轻弹簧提供的作用力只能沿弹簧的轴线方向,与弹簧发生形变的方向相反;
3、轻杆提供的作用力不一定沿杆的方向,可以是任意方向。
例1、如图1所示,水平轻杆的一端固定在墙上,
轻绳与竖直方向的夹角为370,小球的重力为8N,
绳子的拉力为5N,水平轻弹簧的拉力为6N,求轻
杆对小球的作用力。
解析:小球受四个力作用:重力、绳子的拉力、
弹簧的拉力,以及轻杆的作用力,其中只有轻杆的作
用力的方向不能确定,如图2所示,重力、弹力、轻绳
的拉力三者的合力为:
F 5 5(N) 方向与竖直方向成370斜向下,这个力与轻绳的拉力恰好在同直线上。根据物体平衡的条件,可知轻杆对小球
的作用力大小为5N,方向与竖直方向成370斜向上。 二、力的效果有异
1、轻绳只能提供拉力。
2、轻杆、轻弹簧既可以提供拉力,又可以提供推力。
例2、用长为l的轻绳系一小球在竖直平面内做圆周运动,要使小球能做完整的圆周运动,则小球在最低点的速度v最小为多少?
解析:由轻绳的力学特性可知,要使小球在竖直平面内能做完整的圆周运动,则小球在最高点时有一个临界速度v0,这个速度对应绳子的张力恰好为零,由重力提供向心力,即有:
2mv0mg ,得
v0l
根据机械能守恒定律,易求出小球在最低点时的临界速度为
v
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