Question

【題目】如圖所示為一風洞實驗裝置示意圖，一質量為1kg的小球套在一根固定的直桿上，直桿與水平面夾角為370.現小球在F=20N的豎直向上的風力作用下，從A點靜止出發向上運動，已知桿與球間的動摩擦因數.( , ，g=10m/s2)，求:

(1)小球運動的加速度a1大小？

(2)若F作用3s后小球到達B點,此時使風力大小不變，方向立即改為水平向左.則從改變風力F開始計時，小球經多長時間將回到B點？

Answer 1

【答案】（1）2m/s2（2）0.54s

【解析】（1）在風力F作用時有：（F-mg）sin37°-μ（F-mg）cos37°=ma1
a1=2m/s2 方向沿桿向上
（2）3s時小球速度：v=a1t1=6m/s

風力方向改為水平向左后,小球加速度為a2,

沿桿方向：-mgsin37°-Fcos37°-μN=ma2
N+mgcos37°=Fsin37°
解得：a2=-24m/s2
經過時間t2到達最高點，t2==0.25s
此處距B點的位移為：s=t2=0.75m
小球下滑時的加速度為a3，有：mgsin37°+Fcos37°-μN2=ma3
解得：a3=18m/s2
下滑到B點的時間為t3, 則x=a3t32
解得：
所以t=t2+t3=0.54s