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高一物理竞赛题A、B为两个非常长的圆柱形滚筒,半径均为0.1m,两筒的轴在同一水平面上且互相平行,它们各自绕自己的轴沿图

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/14 08:15:36
高一物理竞赛题
A、B为两个非常长的圆柱形滚筒,半径均为0.1m,两筒的轴在同一水平面上且互相平行,它们各自绕自己的轴沿图示方向以30rad/s的角速度转动.两筒的中心轴间相距为0.25m,两筒上搁着一个较短的圆柱体C,C的半径为0.15m,质量为9kg.今用一个与A、B轴平行的力F拉着以速度4m/s匀速运动.若C与A、B间的动摩擦因数都是1/(3^(1/2)),求F的大小.
求过程.
答案是39.2N.

因为我不会用电脑画图,所以你仔细看我的描述.还有你的动摩擦因数的数值我看不是太懂,所以我求出答案后你自己算吧.
我先把数字列出来:R1=R2=10cm,d=25cm,ω=30rad/s,m=9kg,摩擦因数为μ=...,V=4m/s,R3=15cm.
首先F是沿着轴的方向拉动C,C做匀速运动,也就是说C受到的向后的摩擦力等于F的大小!
然后我们看这个摩擦力的来源.(记得画图)
首先A做匀速圆周运动,它与C有接触,因此在转动时肯定会对C有个相对滑动,这样A对C就会有一个滑动摩擦力,而这个摩擦力的方向是沿着圆的切线方向,该方向垂直于AC,并且指向三角形之外,同时A与C之间存在挤压,所以A对C又会产生压力,此力沿着AC指向C的圆心.同样的道理分析B对C的作用力,就会得到四个力与C的重力产生受力平衡,因为C在竖直方向上是受力平衡的,要不然它就往上或下运动了.
接下来是几何分析了,如果数学不过关我也没办法.
在竖直方向上,C的重力被A与B提供的四个力平衡了,那么我就把这四个力分解成水平方向上的与竖直方向上的.
我设A对C的摩擦力为f,那么B对C的摩擦力的大小也为f,这两个力在水平方向上的分力相互抵消,起到平衡重力的力就是它们的数值方向上的力,为fy=fcos60°(f的方向与AB垂直,且指向三角形之外).
我再设AB对C的压力为N,同样的A、B所产生的N的水平分力各自抵消,同样的它们的数值方向上的力大小就为:Ny=Ncos30°(N的方向在AC或BC上,且指向C的圆心)
因此结合受力平衡,就会有:mg=2fy+2Ny
我们还应该知道,A(或者B)与C之间产生的f,是由于A(或B)对C的挤压以及转动产生的,因此N是f产生的因素,因此就会有:f=μN
把式子联立起来就会有,mg=2μNcos60°+2Ncos30°
通过这个式子你可以把N的大小求出来.
之后你再想,F拉动C的时候有一个摩擦力f‘产生使得C受力平衡,而我们知道摩擦力的形成肯定预示着有挤压,所以C与另外的柱产生的挤压导致f’的产生.
因此就会有:f‘=2μN(因为有两个圆柱)
再有牛顿的第二定律就可知:f’=F.这样答案就出来了!
注:你算算答案对不对,如有误可以告诉我么?
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