因为弹簧的长度不可能瞬间恢复,也就是弹簧的长度是渐变的,所以通常认为弹簧弹力的也是渐变的,不能发生突变。有没有什么时候是突变的呢?
弹簧实物图
例:如图所示,
质量相等的两个物体之间用一轻弹簧相连,再用一细线悬挂在天花板上静止。剪断细线的瞬间,两物体的加速度各为多大?
物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析瞬时前后的受力情况及运动状态,再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。此类问题应注意两种模型的建立。先分析剪断细线前两个物体的受力,
如图甲所示,据平衡条件求出绳或弹簧上的弹力:F₂=mg,F₁=F₂+mg=2mg。剪断细线后再分析两个物体的受力示意图,如图乙所示,绳中的弹力F₁立即消失,而弹簧的弹力不变,找出合外力,据牛顿第二定律求出瞬时加速度,则剪断后m₁的加速度大小为2g,方向向下,而m₂的加速度为零。
轻质弹簧是理想化的模型,具有以下几个特征:
例:如图所示,
竖直光滑杆上套有一个小球和两根弹簧,两弹簧的一端与小球相连,另一端分别用销钉M、N固定在杆上,小球处于静止状态.设拔去销钉M瞬间,小球加速度的大小为12m/s²,若拔去销钉N的瞬间,小球的加速度可能是(取10m/s²)
( )
A.22m/s²,竖直向上
B.22m/s²,竖直向下
C.2m/s²,竖直向上
D.2m/s²,竖直向下
☞设小球的质量为m,向上为正方向,刚开始受力平衡,则有:
Fɴ+Fᴍ-G=0
拔去销钉M瞬间有:Fɴ-G=±12m
得Fɴ=-2m或者22m,所以Fᴍ=12m或者-12m,去掉销钉N瞬间,小球受M弹簧和重力G的作用,
Fᴍ-G=ma,
故a=2m/s²,或者a=-22m/s²,故选BC.小球加速度的大小为12m/s2可能向上也可能向下,拔去销钉M瞬间,上面一个弹簧对小球的作用力为0,小球只受到下面弹簧的作用力,根据牛顿第二定律算出上面弹簧对小球的作用力,如拔去销钉N则下面一根弹簧作用力为0,再根据牛顿第二定律即可求解,要注意方向。本题中,弹簧一端解除了对弹簧的约束,这时弹力发生突变,立刻变为零. 如果对弹力能否突变理解不够透彻,生搬硬套学过的“弹力不能发生突变”的结论,就会出现错误.
结论:“弹簧形变较大,发生形变需要一定时间,其弹力在瞬间不能发生突变”的结论只适用于受约束的弹簧,而解除约束的弹簧,其弹力能发生突变.对于轻弹簧,一端解除了约束,离开力的作用的物质性。
页面更新:2024-04-06
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