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第 1 题

质量 m1=2.0 kgm_1=2.0\,\mathrm{kg}、m2=3.0 kgm_2=3.0\,\mathrm{kg} 的两物体由轻质不可伸长细绳跨过无质量、无摩擦滑轮相连,系统由静止释放。取 g=10 m s−2g=10\,\mathrm{m\,s^{-2}}。 细绳始终绷紧且不在滑轮槽中打滑;滑轮可自由转动,因此绳两侧张力相同。两物体只沿竖直方向运动,较重物体下降的距离和速率分别等于较轻物体上升的距离和速率。研究释放后的运动。 忽略细绳和滑轮的质量、空气阻力及滑轮轴摩擦。重力加速度与各物体质量均保持不变,数值答案还应注明运动方向。位移从释放位置起算,运动过程中加速度恒定。释放瞬间两物体均静止,合力恒定,因此系统作匀加速运动;任一时刻两物体的速率大小相同,方向相反。各部分均使用国际单位制,张力方向沿细绳。加速度大小在释放后保持不变,绳两端始终满足位移约束。 (a) 求各物体的加速度和绳张力。(b) 求 3.0 s3.0\,\mathrm s 后的速率。(c) 求此时各物体移动的距离。
T−m1g=m1a,m2g−T=m2aT-m_1g=m_1a,\quad m_2g-T=m_2a
problems.proof.analysis

分别对悬挂物体列出受力方程,张力对两个物体都向上。将两式相加可消去系统内的张力并求得加速度。

problems.proof.pitfall. 取 m2m_2 向下为正;在各物体单独的方程中张力不会抵消。