图示系统从静止开始释放,此时弹簧的初始伸长量为100mm.设弹簧的刚度系数k=0.4N/mm,滑轮重120N,对中心轴的回
图示系统从静止开始释放,此时弹簧的初始伸长量为100mm.设弹簧的刚度系数k=0.4N/mm,滑轮重120N,对中心轴的回转半径为450mm,轮半径500mm,物块重200N.求滑轮下降25mm以后,滑轮中心的速度和加速度.
令G1=120N,ρ=0.45m,r=0.5m,G2=200N,k=0.4×103N/m,δ1=0.1m,h=0.025m.
(1)动能的计算:
由系统初始静止,有T1=0.
设滑轮下降25mm以后,滑轮中心(亦即物块)的速度为v,滑轮的角速度.
此时物块的动能
滑轮的动能
此时系统的动能
(2)功的计算:作功的力有重力与弹簧力.
物块与滑轮的重力作功,重力作用点下降高度皆为h,重力功WG=(G1+G2)h.
弹簧的初始伸长变形为δ1,滑轮下降h后,弹簧的变形为δ2=δ1+2h,弹簧力的功为
所以总功为
W12=WG+WF=(G1+G2)h-2kh(δ1+h)
(3)由动能定理的积分形式,有T2-T1=W12,即
(a)
代入数据,得21.286v2=5.5,解得此时滑轮中心的速度v=0.508m/s.
式(a)两边对时间t求导,且有,.得
即
代入数据,解得此时滑轮中心的加速度a=4.70m/s2.