题目
4.在光滑墙壁上用网兜把足球挂在A点,足球与墙壁的接触点为B(图3.5-6)。足球的质量为m,悬绳与墙壁的夹角为α,网兜的质量不计。求悬绳对足球的拉力和墙壁对足球的支持力。
4.在光滑墙壁上用网兜把足球挂在A点,足球与墙壁的接触点为B(图3.5-6)。足球的质量为m,悬绳与墙壁的夹角为α,网兜的质量不计。求悬绳对足球的拉力和墙壁对足球的支持力。
题目解答
答案
【解析】悬绳对足球的拉力大小为,方向沿绳指向A,墙壁对足球的支持力大小,方向垂直于墙壁离开B。
解析
步骤 1:确定受力分析
足球受到重力\(mg\)、悬绳的拉力\(T\)和墙壁的支持力\(N\)。重力方向竖直向下,悬绳的拉力方向沿绳指向A点,墙壁的支持力方向垂直于墙壁离开B点。
步骤 2:建立坐标系
以B点为原点,建立直角坐标系,其中x轴沿墙壁方向,y轴垂直于墙壁方向。
步骤 3:分解力
将悬绳的拉力\(T\)分解为沿x轴和y轴的分量。沿x轴的分量为\(T\cos\alpha\),沿y轴的分量为\(T\sin\alpha\)。
步骤 4:应用平衡条件
在x轴方向上,墙壁的支持力\(N\)与悬绳的拉力的x轴分量\(T\cos\alpha\)平衡,即\(N = T\cos\alpha\)。
在y轴方向上,悬绳的拉力的y轴分量\(T\sin\alpha\)与重力\(mg\)平衡,即\(T\sin\alpha = mg\)。
步骤 5:求解悬绳的拉力
由\(T\sin\alpha = mg\),可得\(T = \frac{mg}{\sin\alpha}\)。
步骤 6:求解墙壁的支持力
由\(N = T\cos\alpha\),代入\(T = \frac{mg}{\sin\alpha}\),可得\(N = \frac{mg\cos\alpha}{\sin\alpha} = mg\cot\alpha\)。
足球受到重力\(mg\)、悬绳的拉力\(T\)和墙壁的支持力\(N\)。重力方向竖直向下,悬绳的拉力方向沿绳指向A点,墙壁的支持力方向垂直于墙壁离开B点。
步骤 2:建立坐标系
以B点为原点,建立直角坐标系,其中x轴沿墙壁方向,y轴垂直于墙壁方向。
步骤 3:分解力
将悬绳的拉力\(T\)分解为沿x轴和y轴的分量。沿x轴的分量为\(T\cos\alpha\),沿y轴的分量为\(T\sin\alpha\)。
步骤 4:应用平衡条件
在x轴方向上,墙壁的支持力\(N\)与悬绳的拉力的x轴分量\(T\cos\alpha\)平衡,即\(N = T\cos\alpha\)。
在y轴方向上,悬绳的拉力的y轴分量\(T\sin\alpha\)与重力\(mg\)平衡,即\(T\sin\alpha = mg\)。
步骤 5:求解悬绳的拉力
由\(T\sin\alpha = mg\),可得\(T = \frac{mg}{\sin\alpha}\)。
步骤 6:求解墙壁的支持力
由\(N = T\cos\alpha\),代入\(T = \frac{mg}{\sin\alpha}\),可得\(N = \frac{mg\cos\alpha}{\sin\alpha} = mg\cot\alpha\)。