题目
一根质量为 m、长度为 L 的匀质细直棒,平放在水平桌面上。若它与桌面间的滑动摩擦系数为 mu,在 t=0 时,使该棒绕过其一端的竖直轴在水平桌面上旋转,其初始角速度为 omega_0,则棒停止转动所需时间 为A. 2Lomega_0/3gmuB. Lomega_0/3gmuC. 4Lomega_0/3gmuD. Lomega_0/6gmu
一根质量为 $m$、长度为 $L$ 的匀质细直棒,平放在水平桌面上。若它与桌面间的滑动摩擦系数为 $\mu$,在 $t=0$ 时,使该棒绕过其一端的竖直轴在水平桌面上旋转,其初始角速度为 $\omega_0$,则棒停止转动所需时间 为
A. $2L\omega_0/3g\mu$
B. $L\omega_0/3g\mu$
C. $4L\omega_0/3g\mu$
D. $L\omega_0/6g\mu$
题目解答
答案
棒绕端点的转动惯量为 $ I = \frac{1}{3} m L^2 $。摩擦力矩为:
\[
M = \int_0^L \mu g \frac{m}{L} x \, dx = \frac{1}{2} \mu g m L
\]
根据转动定律:
\[
\alpha = \frac{M}{I} = \frac{\frac{1}{2} \mu g m L}{\frac{1}{3} m L^2} = \frac{3 \mu g}{2 L}
\]
角速度随时间变化为:
\[
\omega(t) = \omega_0 - \alpha t = 0 \implies t = \frac{2 L \omega_0}{3 \mu g}
\]
因此,棒停止转动所需时间为 $ t = \frac{2 L \omega_0}{3 \mu g} $。
答案:A. $ \frac{2 L \omega_0}{3 \mu g} $