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某游乐场中有一种“空中飞椅”的游乐设施,其基本装置是将绳子上端固定在转盘上,下端连接座椅,人坐在座椅上随着转盘旋转而在空中飞旋,若将人看成质点,则可简化为如图所示的物
题目详情
某游乐场中有一种“空中飞椅”的游乐设施,其基本装置是将绳子上端固定在转盘上,下端连接座椅,人坐在座椅上随着转盘旋转而在空中飞旋,若将人看成质点,则可简化为如图所示的物理模型.其中P为处于水平面内的转盘,可绕竖直转轴OO′转动.设轻绳长l=10m,人的质量为m=60kg,转盘不动时人和转轴间的距离为d=4m,转盘慢慢加速运动,经过一段时间转速保持稳定,此时人和转轴间的距离为D=10m,且保持不变,不计空气阻力,绳子不可伸长,取g=10m/s2.求:
(1)最后转盘匀速转动时的角速度大约为多少?
(2)转盘从静止启动到稳定这一过程中,绳子对人做了多少功?
(1)最后转盘匀速转动时的角速度大约为多少?
(2)转盘从静止启动到稳定这一过程中,绳子对人做了多少功?
▼优质解答
答案和解析
(1)设转盘匀速转动时绳子与竖直方向间的夹角为θ,质点所处的位置和受力情况如图所示,可得
sinθ=
=
=0.6
质点上升的高度为
h=L(1-cosθ)=4(1-cos60°)=2m
人与座椅所受合力提供向心力
F合=mgtanθ=mω2D ②
代入数据解得ω=
rad/s ③
(2)根据动能定理得:W-mgh=
mv2
又v=ωD
则得转盘从静止启动到稳定这一过程中,绳子对人做功W=mgh+
mv2=mgh+
m(ωD)2=60×10×2+
×60×(
×10)2=3450J
答:
(1)最后转盘匀速转动时的角速度大约为
rad/s.
(2)转盘从静止启动到稳定这一过程中,绳子对人做功3450J.
sinθ=
D−d |
L |
10−4 |
10 |
质点上升的高度为
h=L(1-cosθ)=4(1-cos60°)=2m
人与座椅所受合力提供向心力
F合=mgtanθ=mω2D ②
代入数据解得ω=
| ||
2 |
(2)根据动能定理得:W-mgh=
1 |
2 |
又v=ωD
则得转盘从静止启动到稳定这一过程中,绳子对人做功W=mgh+
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
| ||
2 |
答:
(1)最后转盘匀速转动时的角速度大约为
| ||
2 |
(2)转盘从静止启动到稳定这一过程中,绳子对人做功3450J.
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