Question

【題目】如圖所示，在光滑的水平面上相距0.1m處釘兩枚鐵釘A、B，長1m的柔軟細線一端拴在A上，另一端拴一質量為500g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2m/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7N，從開始經多長時間繩子斷裂？

Answer 1

【答案】8.6s 7.7s

【解析】在小球做勻速圓周運動的過程中，由于細繩不斷纏在A、B上，其軌道半徑逐漸減小．

小球受到的繩子的拉力提供向心力，即，且F隨R的減小而增大，而運動的半個周期 隨繩長的減小而減小．推算出每個半周期的時間及周期數，就可求出總時間．根據繩子能承受的最大拉力，可求出細繩拉斷所經歷的時間．

設AB間距離為d，

在第一個半周期內： ，

在第二個半周期內： ，

在第三個半周期內： ，

依此類推，在第n個半周期內： ，

由于： ，所以

（1）小球從開始運動到細線完全纏到A、B上的時間： ;

（2）設在第x個半周期時， ．由

代入數據得:

解得 ，取x=8．

代入第1題表達式得： t=t1+t2+t3+…+t8=