Question

9．一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的桿OA，O端用鉸鏈固定，另一端固定著一個(gè)小球A，靠在一個(gè)質(zhì)量為M，高為h的物塊上，如圖所示，若物塊與地面摩擦不計(jì)，試求當(dāng)物塊以速度v向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球A的線速度v_A（此時(shí)桿與水平方向夾角為θ）．

Answer 1

分析 將物塊的速度分解為沿桿子方向和垂直于桿子方向，在垂直于桿子方向上的速度等于B點(diǎn)繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度，根據(jù)v=rω可求出桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，再根據(jù)桿的角速度和A的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑可以求出A的線速度大小．

解答 解：將B點(diǎn)的速度分解如圖所示

根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解可知，接觸點(diǎn)B的實(shí)際運(yùn)動(dòng)為合運(yùn)動(dòng)，可將B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度v_B=v沿垂直于桿和沿桿的方向分解成v₂和v₁，其中v₂=v_Bsinθ=vsinθ為B點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，v₁=v_Bcosθ為B點(diǎn)沿桿運(yùn)動(dòng)的速度．當(dāng)桿與水平方向夾角為θ時(shí)，OB=$\frac{h}{sinθ}$
由于B點(diǎn)的線速度為v₂=vsinθ=$\overline{OB}•$ω，所以$ω=\frac{vsinθ}{OB}$=$\frac{vsi{n}^{2}θ}{h}$；
由于A、B在同一桿上繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，故A、B繞O做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度相同；所以A的線速度v_A=Lω=$\frac{Lvsi{n}^{2}θ}{h}$．
答：小球A的線速度v_A是$\frac{Lvsi{n}^{2}θ}{h}$．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵會(huì)根據(jù)平行四邊形定則對(duì)速度進(jìn)行分解，木塊速度在垂直于桿子方向的分速度等于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度．