题目
2.如图所示,质量分别为m1与m2的两物体A和B挂在组合轮的两-|||-端,设两轮的半径分别为R和r,两轮的转动惯量分别为J1和J2,求两物体-|||-的加速度及绳中的张力(设绳子与滑轮间无相对滑动,滑轮与转轴无摩擦)。-|||-R-|||-B-|||-A-|||-题2图

题目解答
答案

解析
步骤 1:受力分析
物体A和B分别受到重力和绳子的张力作用。设绳子的张力分别为T1和T2,物体A和B的加速度分别为a1和a2。由于绳子与滑轮间无相对滑动,所以物体A和B的加速度大小相等,方向相反,即a1 = -a2。
步骤 2:牛顿第二定律
对物体A和B分别应用牛顿第二定律,得到:
m1g - T1 = m1a1
m2g - T2 = m2a2
由于a1 = -a2,可以将上述方程简化为:
m1g - T1 = -m2a2
m2g - T2 = m2a2
步骤 3:转动惯量和角加速度
设组合轮的角加速度为α,根据转动惯量和角加速度的关系,有:
J1α = T1R
J2α = T2r
由于a1 = Rα,a2 = rα,可以将上述方程简化为:
J1a1/R = T1
J2a2/r = T2
步骤 4:联立方程求解
将步骤2和步骤3中的方程联立求解,得到:
m1g - J1a1/R = -m2a2
m2g - J2a2/r = m2a2
由于a1 = -a2,可以将上述方程简化为:
m1g + J1a2/R = m2a2
m2g - J2a2/r = m2a2
解上述方程组,得到:
a2 = (m1gR + m2gr) / (m1R + m2r + J1/R + J2/r)
a1 = -a2
T1 = J1a1/R
T2 = J2a2/r
物体A和B分别受到重力和绳子的张力作用。设绳子的张力分别为T1和T2,物体A和B的加速度分别为a1和a2。由于绳子与滑轮间无相对滑动,所以物体A和B的加速度大小相等,方向相反,即a1 = -a2。
步骤 2:牛顿第二定律
对物体A和B分别应用牛顿第二定律,得到:
m1g - T1 = m1a1
m2g - T2 = m2a2
由于a1 = -a2,可以将上述方程简化为:
m1g - T1 = -m2a2
m2g - T2 = m2a2
步骤 3:转动惯量和角加速度
设组合轮的角加速度为α,根据转动惯量和角加速度的关系,有:
J1α = T1R
J2α = T2r
由于a1 = Rα,a2 = rα,可以将上述方程简化为:
J1a1/R = T1
J2a2/r = T2
步骤 4:联立方程求解
将步骤2和步骤3中的方程联立求解,得到:
m1g - J1a1/R = -m2a2
m2g - J2a2/r = m2a2
由于a1 = -a2,可以将上述方程简化为:
m1g + J1a2/R = m2a2
m2g - J2a2/r = m2a2
解上述方程组,得到:
a2 = (m1gR + m2gr) / (m1R + m2r + J1/R + J2/r)
a1 = -a2
T1 = J1a1/R
T2 = J2a2/r