AP物理1:张力

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例子问题

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例子问题1:张力

一个10公斤重的石块由两根绳子吊着。每根绳子与水平线成45度角。

每根绳子上拉力的大小是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

幸运的是,两条绳子的角度是一样的。因此,每一个的张力都是一样的。这立即排除了五个答案中的两个。现在我们只需要计算这个力是多少。

我们知道,拉力的垂直分量加起来一定等于物体的重量。因此我们可以写成:

既然我们知道这两个拉力相等,我们可以改写:

对T进行重新排列,得到:

例子问题1:张力

考虑以下系统:

Slope_2

如果质量是而且,张力是多少,?假设没有摩擦力。

可能的答案:

正确答案:

解释

因为物体和斜坡之间没有摩擦,所以只有两个相关的力作用在物体上:重力和张力。此外,由于物体没有运动,我们知道这些力是相等的。因此:

将重力的表达式代入,我们得到:

我们知道所有这些值,可以解出张力

例子问题1:张力

考虑以下系统:

Slope_2

如果拉力是,静摩擦力为,物体的质量为,而方块静止不动,什么是角度

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下,有三种相关的力作用在物体上:摩擦力、张力和重力。我们已知其中的两个值,所以我们只需要推导出沿斜率方向的重力的表达式。因为方块是不动的,我们可以写:

将重力的表达式代入,我们得到:

重新排列来求解角度:

我们知道所有这些值,可以解出:

例子问题1:张力

考虑以下系统:

Slope_2

如果静摩擦系数为,角度为,拉力为,物体静止不动,物体的质量是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下,有三种相关的力作用在物体上:张力、摩擦力和重力。已知张力,因此需要推导出摩擦力和重力的表达式。由于物体静止不动,我们可以说:

代入重力和摩擦力的表达式,我们得到:

重新排列质量,我们得到:

我们知道所有这些值,可以解出:

例子问题1:张力

考虑以下系统:


Slope_2

如果物体的质量是角度测量的是时,产生张力的静摩擦系数的最小值是多少

可能的答案:

正确答案:

解释

由于没有张力,只有两个相关的力作用在物体上:摩擦力和重力。因为方块是不动的,我们也可以这样写:

将这两种力的表达式替换为:

消去质量和重力加速度,重新排列静摩擦系数,得到:

例子问题1:张力

考虑以下系统:

Slope_2

如果质量的加速度是,角度为,物体的质量为,动摩擦系数为,张力是多少

可能的答案:

正确答案:

解释

在这种情况下,有三种相关的力作用在物体上:摩擦力、重力和张力。我们可以用牛顿第二定律来表示这个系统:

将力的表达式代入,我们得到:

消去质量,重新排列,解出张力,得到:

我们有每个变量的值,允许我们求解:

示例问题7:张力

Vt物理斜坡滑轮问题

一个12公斤重的物体正从以加速度倾斜如图所示。如果第1块在斜坡上的动摩擦系数是0.18,第2块的质量是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了求出方块2的质量,我们需要计算一些其他的东西,比如绳子的张力。

首先,我们需要确定自由体图上的各种力。为了做到这一点,我们将从第1块开始,并使用旋转的坐标系来简化事情。在这样的系统中,x轴将平行于坡道表面运行,而y轴将垂直于坡道表面,如下图所示:

Vt物理斜坡滑轮问题旋转坐标Vt物理斜坡滑车无问题体图

现在我们可以确定作用在物体1上的力。沿着旋转的y轴,作用在物体上的重力等于,斜面对物体的力就是法向力,.因为物体1不在y方向移动,我们可以让这两个力相等。

现在,考虑作用在旋转x轴上的力,我们有一个向下的力等于.向上,就是拉力我们还有摩擦力,

动摩擦力的计算公式为:

因为我们已经确定了法向力是多少,我们可以将这个表达式代入上式得到:

现在,我们可以写出作用在块1在x方向上的合力的表达式:

重新整理上面的表达式来解张力。

到目前为止,我们只关注了第1块。现在让我们把注意力转向方块2,看看有什么力作用在它上面。在向下的方向,我们有物体的重力,它等于.在向上的方向上,正如我们在图表中看到的,我们有绳子的张力,.我们需要写一个表达式告诉我们作用在块2上的合力。

由于我们从block 1的信息中计算了张力的表达式,我们可以将该表达式代入上式,得到:

现在重新排列,求出方块2的质量。

然后代入数值,我们最终可以计算出块2的质量:

例子问题1:张力

如果一个10公斤重的球在离地20英尺的高度上不移动,那么绳子上的拉力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

由于引力必须被拉力抵消,因为球没有加速度,也没有其他力作用在它身上:

示例问题9:张力

块称重挂在一根绳子上。布鲁斯开始涂抹用力向上推木块。绳子上的拉力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

木块上有三种力张力,重力,还有布鲁斯的力。重力是:

来自布鲁斯的力加上拉力必须等于重力(因为布鲁斯的力和拉力是向上的,而重力是向下的),所以物体处于平衡状态。

示例问题10:张力

一架直升机正在搬运一箱重物用一根绳子。直升机和箱子正在加速上升.确定绳子的张力。

可能的答案:

正确答案:

解释

插入值:

解出

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