Question

如圖所示，長(zhǎng)為L的細(xì)繩上端系一質(zhì)量不計(jì)的環(huán)，環(huán)套在光滑水平桿上，在細(xì)線的下端吊一個(gè)質(zhì)量為m的鐵球（可視作質(zhì)點(diǎn)），球離地的高度h=L，當(dāng)繩受到大小為3mg的拉力時(shí)就會(huì)斷裂。現(xiàn)讓環(huán)與球一起以的速度向右運(yùn)動(dòng)，在A處環(huán)被擋住而立即停止，A離右墻的水平距離也為L。不計(jì)空氣阻力，已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?i>g。試求：
（1）在環(huán)被擋住而立即停止時(shí)繩對(duì)小球的拉力大小；
（2）在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，球的第一次碰撞點(diǎn)離墻角B點(diǎn)的距離是多少？

Answer 1

繩對(duì)小球的拉力大小為F=3mg
球的第一次碰撞點(diǎn)距B的距離為解析:
（1）在環(huán)被擋住而立即停止后小球立即以速率v繞A點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式有
解得繩對(duì)小球的拉力大小為F=3mg
（2）根據(jù)上面的計(jì)算可知，在環(huán)被A擋住的瞬間繩恰好斷裂，此后小球做平拋運(yùn)動(dòng)．
假設(shè)小球直接落到地面上，則
球的水平位移
所以小球先與右邊的墻壁碰撞后再落到地面上
設(shè)球平拋運(yùn)動(dòng)到右墻的時(shí)間為，則
小球下落的高度
所以球的第一次碰撞點(diǎn)距B的距離為。