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设均匀细棒的质量为M、长度为L,其一端用铰链固定,另一端钉上一个质量为m的小球,如图5-7所示。现将棒在水平位置无初速地释放。试求棒经过铅直位置时的角速度及角加速度。
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参考解答
正确答案:法一 利用刚体定轴转动的动能定理(或:机械能守恒定律)求解。刚体下摆过程中仅有重力做功根据动能定理可得 (1)求解式(1)可得角速度为
在铅直位置刚体所受力矩为零根据转动定律可得α=0
法二 利用对Z轴的角动量定理(或转动定律)求解。建立Z轴垂直纸面向里的坐标系X轴水平向右。棒的下摆为加速过程外力矩为重力对O的力矩。在棒上取质元dm当棒处在下摆角度θ时重力矩为M=∫gxdm (2)根据质心的定义∫xdm=mxC得到M=(M+m)gxc (3)而系统的质心坐标为
根据转动定律
得到
(4)将式(4)对角度θ积分得到
(5)求解式(5)得到
在铅直位置刚体所受力矩为零根据转动定律可得α=0
法一利用刚体定轴转动的动能定理(或:机械能守恒定律)求解。刚体下摆过程中,仅有重力做功,根据动能定理可得(1)求解式(1)可得角速度为在铅直位置,刚体所受力矩为零,根据转动定律可得α=0法二利用对Z轴的角动量定理(或转动定律)求解。建立Z轴垂直纸面向里的坐标系,X轴水平向右。棒的下摆为加速过程,外力矩为重力对O的力矩。在棒上取质元dm,当棒处在下摆角度θ时,重力矩为M=∫gxdm(2)根据质心的定义,∫xdm=mxC,得到M=(M+m)gxc(3)而系统的质心坐标为根据转动定律,得到(4)将式(4)对角度θ积分,得到(5)求解式(5)得到在铅直位置,刚体所受力矩为零,根据转动定律可得α=0
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