牛頓運動定律
c、由于彈簧和橡皮繩受力時,要發生形變需要一段時間,所以彈簧和橡皮繩中的彈力不能發生突變。
(4)做變加速度運動的物體,加速度時刻在變化(大小變化或方向變化或大小、方向都變化度叫瞬時加速度,由牛頓第二定律知,加速度是由合外力決定的,即有什么樣的合外力就有什么樣的加速度相對應,當合外力恒定時,加速度也恒定,合外力隨時間變化時,加速度也隨時間改變,且瞬時力決定瞬時加速度,可見,確定瞬時加速度的關鍵是正確確定瞬時作用力。
【例2】如圖(a)所示,一質量為m的物體系于長度分別為l1、12的兩根細繩上,l1的一端懸掛在天花板上,與豎直方向夾角為θ,l2水平拉直,物體處于平衡狀態,現將l2線剪斷,求剪斷瞬間物體的加速度。
(1)下面是某同學對該題的一種解法:
設l1線上拉力為ft1,l2 線上拉力為ft2,重力為mg,物體在三力作用下保持平衡:
ft 1 cosθ=mg,ft 1sinθ=ft2,ft2=mgtanθ
剪斷線的瞬間,ft2突然消失,物體即在ft2,反方向獲得加速度.因為mgtanθ=ma,所以加速度a=gtanθ,方向在ft2反方向。
你認為這個結果正確嗎?請對該解法作出評價并說明
(2)若將圖a中的細線11改為長度相同、質量不計的輕彈簧,如圖b所示,其他條件不變,求解的步驟與(1)完全相同,即a=gtanθ,你認為這個結果正確嗎?請說明理由.
解析:(1)結果不正確.因為12被剪斷的瞬間,11上張力的大小發生了突變,此瞬間ft1=mgcosθ,它與重力沿繩方向的分力抵消,重力垂直于繩方向的分力產生加速度:a=gsinθ。
(2)結果正確,因為l2被剪斷的瞬間,彈簧11的長度不能發生突變,ft 1的大小方向都不變,它與重力的合力大小與ft2方向相反,所以物體的加速度大小為:a=gtanθ。
三 、動力學的兩類基本問題
1、已知物體的受力情況求物體運動中的某一物理量:應先對物體受力分析,然后找出物體所受到的合外力,根據牛頓第二定律求加速度a,再根據運動學公式求運動中的某一物理量.
2、已知物體的運動情況求物體所受到的某一個力:應先根據運動學公式求得加速度a,再根據牛頓第二定律求物體所受到的合外力,從而就可以求出某一分力.
綜上所述,解決問題的關鍵是先根據題目中的已知條件求加速度a,然后再去求所要求的物理量,加速度象紐帶一樣將運動學與動力學連為一體.
【例3】如圖所示,水平傳送帶a、b兩端相距s=3.5m,工件與傳送帶間的動摩擦因數μ=0.1。工件滑上a端瞬時速度va=4 m/s,達到b端的瞬時速度設為vb。
(1)若傳送帶不動,vb多大?
(2)若傳送帶以速度v(勻速)逆時針轉動,vb多大?
(3)若傳送帶以速度v(勻速)順時針轉動,vb多大?
【解析】(1)傳送帶不動,工件滑上傳送帶后,受到向左的滑動摩擦力(ff=μmg)作用,工件向右做減速運動,初速度為va,加速度大小為a=μg=lm/s2,到達b端的速度 .
(2)傳送帶逆時針轉動時,工件滑上傳送帶后,受到向左的滑動摩擦力仍為ff=μmg ,工件向右做初速va,加速度大小為a=μg=1 m/s2減速運動,到達b端的速度vb=3 m/s.