三根不可伸長的相同的輕繩,一端系在半徑為r0的環(huán)1上,彼此間距相等,繩穿過半徑為r0的第2個圓環(huán),另一端同樣地系在半徑為2r0的環(huán)3上,如圖1-38所示,環(huán)1固定在水平面上,整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài).試求第2個環(huán)中心與第3個環(huán)中心之間的距離.(三個環(huán)都是用相同的金屬絲制作的,摩擦不計)
解析: 因為環(huán)2的半徑為環(huán)3的2倍,環(huán)2的周長為環(huán)3的2倍,三環(huán)又是用同種金屬絲制成的,所以環(huán)2的質(zhì)量為環(huán)3的2倍。設(shè)m為環(huán)3的質(zhì)量,那么三根繩承擔(dān)的力為3mg,于是,環(huán)1與環(huán)3之間每根繩的張力FT1=mg。沒有摩擦,繩的重量不計,故每根繩子沿其整個長度上的張力是相同的(如圖所示)FT1= FT2=mg。
對環(huán)3,平衡時有:3FT1-mg-3 FT2cosα=0,
由此
環(huán)2中心與環(huán)3中心之距離:,
即
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