Question

如圖6-7-11所示，在光滑的水平面上相距0.1 cm處釘兩枚鐵釘A、B，長1 m的柔軟細線一端拴在A上，另一端拴一質量為500 g的小球，小球的初始位置在AB連線上的A的一側，把細線拉直，給小球以2 m/s，垂直于細線方向的水平速度，使它做圓周運動.由于釘子B的存在，使細線逐漸纏繞在AB上，問：線全部纏繞在釘子上的時間是多少？如果細線的抗斷張力為7 N，從開始經多長時間繩子斷裂？

圖6-7-11

Answer 1

解析：半徑逐漸減小，小球所受細線的拉力T提供向心力，即T=，顯然拉力F隨半徑r的減小而增大，所需時間t用t=計算，隨著小球運動半徑的減小，小球通過每半個圓周的時間t逐漸減小.在第一個半圓內，T=,t₁=，在第二個半圓內，T₂=，t₂=π(L₀-s)/v，在第三個半圓內，T₃=,t₃=π(L₀-2s)/v，……在第n個半圓內，T_n=,t_n=π［L₀-(n-1)s］/v，當n==10時，球從開始運動到細線完全纏繞在AB上，設所用的時間為t，則t=t₁+t₂+…+t₁₀={10L₀-[1+2+3+…+（10-1）]s}=［ s］≈8.6 s.設小球從開始運動到第n個半圓周時，細線的拉力T=T_n，由T_n=，解得n=8，所以小球從開始運動到細線斷裂（n取7）所需要時間t′=［ s］≈7.7 s.

答案：8.6 s      7.7 s