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图4-3-1所示半径为R的偏心轮绕O轴以匀角速度ω转动,推动导板AB沿铅垂轨道运动。已知偏心距OC=e,开始时OC沿水平线。若在导板顶部放有一质量为m的物块M,求:(1)物块对导板的最大反力及此时偏心C的位置;(2)使物块不离开导板ω的最大值。
(来学网)
正确答案:
本题根据题意可列出物块的运动方程,运用导数的运算可求物块的加速度。于是应用质点的运动微分方程,可求出导板对物块的反力。属于第一类问题。
(1)对象:取物块M为研究对象。
(2)受力分析:选任一瞬时t进行分析,作用于物块上的力有重力P和导板对物块的作用力N,受力图如图4-3-1(B)所示。
(3)运动分析:物块沿铅垂线运动。
(4)选坐标:由于物块沿铅垂线运动,将坐标原点取在固定点O上,并取
轴铅垂向上为正。
(5)建立运动微分方程并求解。
应用直角坐标形式微分方程:得
(a)
物块放在导板上,导板作平动,故物块的加速度即等于导板的加速度。根据题意可列出导板上D的运动方程为
=esinωt+R (b)
物块的加速度
(c)
将式(c)代入式(a),得
N=P-meω
sinωt (d)
由式(d)可见,当sinωt=-1时,即C点在最低位置,N达到最大值
N
0=P+meω
=m(g+eω
)
当sinωt=1时,即C点在最高位置,N达到最小值
N
=m(g-eω
)
欲使物块不离开导板,则N
≥0,即
m(g-eω
)≥0
故物块不离开导板ω的最大值为
。
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