单摆,是理想化的力学模型之一.当单摆的最大摆角在0到10°区间时,单摆的运动非常接近简谐运动.某一单摆,其振动过程中最大偏角θ=5°,摆球经过平衡位置时,摆球的速度大小为0
◎ 题目
单摆,是理想化的力学模型之一.当单摆的最大摆角在0到10°区间时,单摆的运动非常接近简谐运动.某一单摆,其振动过程中最大偏角θ=5°,摆球经过平衡位置时,摆球的速度大小为0.2m/s,摆球的平衡位置距地面高为h=0.8m.(已知sin5°=0.087,cos5°=0.996,g取10m/s2)求: (1)此单摆的运动周期; (2)若摆球经过平衡位置时细绳恰巧断裂,摆球的落地速度. |
◎ 答案
(1)设摆球质量为m,摆长为L,由机械能守恒定律得mgL(1-cos5°)=
代入数据得:L=
由单摆的周期公式T=2π
代入解得T=2π
(2)摆球经过平衡位置时细绳断裂后,做平抛运动. 小球在竖直方向上做自由落体运动,所以落地时竖直方向的速度v⊥=
根据勾股定理,摆球的落地速度v=
设方向与水平夹角为θ,tanθ= |