在許多輔導(dǎo)資料中有這樣一道習(xí)題:如圖1所示,有一光滑半圓柱體固定在桌面上,其半徑為R,一根不可伸長的細(xì)線的兩端分別栓住物塊A和B(可當(dāng)質(zhì)點),mA=2mB,自圖中所示位置從靜止開始釋放,當(dāng)物塊B從桌面滑到半圓柱頂端時,繩中的張力對B所做的功是多少?
解析A、B兩物體組成的系統(tǒng)在豎直面內(nèi)運動,只有重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒。設(shè)B到達(dá)圓柱頂端時,A下降的高度為Δh,此時A、B共同速度為v,則有
從上述解題過程看,似乎是正解,因為A的質(zhì)量大于B的質(zhì)量,所以繩的拉力大于B的重力,則B總能通過圓柱的頂端。其實命題者在這里犯了一個錯誤。我們知道,在豎直面內(nèi)做圓周運動的物體,必須滿足一定的力學(xué)條件,本題中,要使B通過圓柱的頂端,則必須滿足mBg≥mBv2/R,而題目中A、B兩物體的質(zhì)量關(guān)系以及運動過程中的幾何關(guān)系已經(jīng)確定,那么能否滿足mBg≥mBv2/R就不一定了。今做如下分析:設(shè)B物體能通過圓柱體的頂端
所以物體B不可能通過圓柱的頂端。事實上B物體在還沒有到達(dá)圓柱的頂端前就會飛離接觸面,我們不防把這個位置求出來。設(shè)B將要離開接觸面時,過B的圓半徑與水平方向的夾角為θ(如圖2),此時B的速度大小為v,由機(jī)械能守恒定律可得
而本題mAmB=2,是不滿足(15)式要求的。
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