剛性牽連體問(wèn)題在近年來(lái)的高考和競(jìng)賽中時(shí)常出現(xiàn),一些學(xué)生對(duì)于牽連體之間的速度關(guān)系感到迷惑,甚至無(wú)從下手,筆者給出常用方法,并結(jié)合數(shù)例進(jìn)行分析,望能起到拋磚引玉之效。
常用方法:剛體A和B相接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),若A相對(duì)地的速度為vA,B相對(duì)于地的速度為vB,A相對(duì)B的速度為vAB,則v→A=v→AB+v→B,(vA和vB可根據(jù)外界約束的條件確定,vAB可由兩物體的形狀和相互位置關(guān)系確定。)這樣,vA將是以vB和vAB為鄰邊的平行四邊形的對(duì)角線(xiàn),解平行四邊形(或三角形)即可。
例1 如圖1(a)所示,滑塊A置于水平地面上,斜劈B的底角為θ,確定斜劈B沿墻壁下滑速度vB和滑塊A沿水平面向右運(yùn)動(dòng)的速度vA的關(guān)系。
解 vA水平向右,vB豎直向下,A相對(duì)于B沿斜邊向上運(yùn)動(dòng),作出vA、vB、vAB間的矢量關(guān)系如圖1(b)所示。
則tanθ=vAvB
例2 如圖2(a)所示,斜劈B斜角為θ置于水平面上,物體A受軸套約束只能沿豎直方向運(yùn)動(dòng),推動(dòng)B使其向左運(yùn)動(dòng),確定物體A和B間的速度vA和vB的關(guān)系。
解 vA豎直向上,vB水平向左,A相對(duì)于B沿斜面向上,vA、vB、vAB間的關(guān)系如圖2(b)所示。
則有tan=vAvB
例3 如圖3(a)所示,小球A和B用硬桿相連,B球沿墻壁下滑,A球水平向右運(yùn)動(dòng),確定桿與水平方向成θ角時(shí)vA和vB的關(guān)系。
解 vA水平向右,vB豎直向下,A相對(duì)于B做圓周運(yùn)動(dòng),vAB與桿垂直,vA、vB、vAB間的關(guān)系如圖3(b)所示,所以有tanθ=vAvB。
例4 如圖4(a)所示,厚度為h的物體A置于水平面上,支撐著一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)硬桿,硬桿一端O與地鉸鏈連接,另一端固定一個(gè)小球B,小球B向下轉(zhuǎn)動(dòng)可使物體A向右運(yùn)動(dòng),確定當(dāng)桿與水平方向成θ角時(shí),vA和vB的關(guān)系。
解 設(shè)球B速度為vB,則桿上與A接觸的P點(diǎn)速度vP=hLsinθvB,方向與桿垂直向下。vA水平向右,vAP沿桿向上,vA、vP、vAP間的關(guān)系如圖4(b)所示。
則sinθ=vPvA,即vA=hLsin2θvB
當(dāng)然,處理此類(lèi)問(wèn)題還有其它方法,如求出A和B的位移關(guān)系,求導(dǎo)得出速度關(guān)系等,這里不再討論。