题目
一根质量可以忽略的直杆长为l,其一端固定着一质量为m、半径可以忽略的小球,它们可以绕通过直杆一端的水平光滑轴在竖直平面内作定轴转动,现将杆由水平位置开始无初转速地释放。如果l=0.4m,则杆刚被释放时的瞬间,角加速度为alpha_(0)=____(rad/s^2)(答案保留1位小数),当杆与水平方向夹角为60^circ时,角加速度为alpha=____(rad/s^2)(答案保留2位小数,重力加速度取g=9.8m/s^2)。
一根质量可以忽略的直杆长为$l$,其一端固定着一质量为$m$、半径可以忽略的小球,它们可以绕通过直杆一端的水平光滑轴在竖直平面内作定轴转动,现将杆由水平位置开始无初转速地释放。如果$l=0.4m$,则杆刚被释放时的瞬间,角加速度为$\alpha_{0}=\_\_\_\_{rad/s^{2}}$(答案保留1位小数),当杆与水平方向夹角为$60^{\circ}$时,角加速度为$\alpha=\_\_\_\_{rad/s^{2}}$(答案保留2位小数,重力加速度取$g=9.8m/s^{2}$)。
题目解答
答案
根据转动定律 $ \tau = I \alpha $,系统转动惯量为 $ I = m l^2 $。
1. 刚释放时,$ \theta = 90^\circ $,$ \tau = m g l $,故:
\[
\alpha_0 = \frac{g}{l} = \frac{9.8}{0.4} = 24.5 \, \text{rad/s}^2
\]
2. 当 $ \theta = 30^\circ $(即杆与水平方向夹角为 $ 60^\circ $)时,$ \tau = \frac{1}{2} m g l $,故:
\[
\alpha = \frac{g}{2 l} = \frac{9.8}{0.8} = 12.25 \, \text{rad/s}^2
\]
综上:
\[
\alpha_0 = 24.5 \, \text{rad/s}^2, \quad \alpha = 12.25 \, \text{rad/s}^2
\]