题目
质量分别为m和2m、半径分别为r和 2r的两个均匀圆盘,同轴地粘在一起,可以绕 通过盘心且垂直盘面的水平光滑固定轴转动, 对转轴的转动惯量为9mr2 / 2,大小圆盘边缘都 绕有绳子,绳子下端都挂一质量为 m的重物, 如图所示•求盘的角加速度的大小.
质量分别为m和2m、半径分别为r和 2r的两个均匀圆盘,同轴地粘在一起,可以绕 通过盘心且垂直盘面的水平光滑固定轴转动, 对转轴的转动惯量为9mr2 / 2,大小圆盘边缘都 绕有绳子,绳子下端都挂一质量为 m的重物, 如图所示•求盘的角加速度的大小.
题目解答
答案
解:隔离物体,分别对重物和转盘受力分 析,如图所示。根据牛顿定律和刚体转动定律,
有: | mg T ma T mg ma |
⏺
T 2r Tr J 9mr 12
由转盘和重物之间的运动学关系,有:
2r
a r
联立以上方程,可得:
2g 19r⏺
解析
步骤 1:受力分析
对两个重物和转盘进行受力分析。重物受到重力和绳子的拉力,转盘受到绳子的拉力。
步骤 2:牛顿定律和刚体转动定律
根据牛顿第二定律,对重物有:$mg - T_1 = ma$ 和 $mg - T_2 = ma$,其中 $T_1$ 和 $T_2$ 分别是作用在小圆盘和大圆盘上的绳子拉力,$a$ 是重物的加速度。
根据刚体转动定律,对转盘有:$T_1 r + T_2 (2r) = J \alpha$,其中 $J$ 是转盘对转轴的转动惯量,$\alpha$ 是转盘的角加速度。
步骤 3:运动学关系
根据转盘和重物之间的运动学关系,有:$a = r \alpha$ 和 $a = 2r \alpha$。
步骤 4:联立方程求解
联立以上方程,可以求解出角加速度 $\alpha$。
对两个重物和转盘进行受力分析。重物受到重力和绳子的拉力,转盘受到绳子的拉力。
步骤 2:牛顿定律和刚体转动定律
根据牛顿第二定律,对重物有:$mg - T_1 = ma$ 和 $mg - T_2 = ma$,其中 $T_1$ 和 $T_2$ 分别是作用在小圆盘和大圆盘上的绳子拉力,$a$ 是重物的加速度。
根据刚体转动定律,对转盘有:$T_1 r + T_2 (2r) = J \alpha$,其中 $J$ 是转盘对转轴的转动惯量,$\alpha$ 是转盘的角加速度。
步骤 3:运动学关系
根据转盘和重物之间的运动学关系,有:$a = r \alpha$ 和 $a = 2r \alpha$。
步骤 4:联立方程求解
联立以上方程,可以求解出角加速度 $\alpha$。