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系统如图4-3-12所示。已知:物块M和滑轮A、B的重量均为P,且把滑轮视为均质圆盘,弹簧的刚性系数为
(来学网)
,绳重不计,绳与轮间无相对滑动。当M离开地面h时,系统处于平衡,现给M以向下的初速度v
,欲使其恰能到达地面。试问v
应为多少?
正确答案:
以整个系统为研究对象,物块M作直线平动,滑轮A作定轴转动,滑轮B作平面运动,因是求物块M的初速度v
,宜用积分形式的动能定理求解。
由题给条件知T
=0,
(a)
式中 v
为物体M的初速度,ω
是滑轮A的初角速度,ω
是滑轮B的初角速度,由运动学知识得
(b)
式(b)代入式(a)有
(c)
在运动过程中只有重力与弹性力做功。设δ
为系统处于平衡位置时弹簧的静变形,则物块由平衡位置达地面过程中作用于系统上作用力的功为
为解δ
,可取滑轮B为研究对象见图4-3-12(b),根据静力平衡条件有
∑m
(F
)=0 P2r-
δ
r-Pr=0
得
代入功的计算公式得
对系统应用动能定理:即
解得
方向如图所示。
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