模型组合讲解——水平方向的圆盘模型[模型概述]水平方向上的“圆盘”模型大多围绕着物体与圆盘间的最大静摩擦力为中心展开的,因此最大静摩擦力的判断对物体临界状态起着关键性的作用
[模型讲解]例 1
如图 1 所示,水平转盘上放有质量为 m 的物块,当物块到转轴的距离为 r 时,连接物块和转轴的绳刚好被拉直(绳上张力为零)
物体和转盘间最大静摩擦力是其正压力的 μ 倍,求:图 1(1)当转盘的角速度 时,细绳的拉力
(2)当转盘的角速度 时,细绳的拉力
解析:设转动过程中物体与盘间恰好达到最大静摩擦力时转动的角速度为 ,则 ,解得
(1)因为 ,所以物体所需向心力小于物体与盘间的最大摩擦力,则物与盘间还未到最大静摩擦力,细绳的拉力仍为 0,即
(2)因为 ,所以物体所需向心力大于物与盘间的最大静摩擦力,则细绳将对物体施加拉力 ,由牛顿的第二定律得: ,解得
如图 2 所示,在匀速转动的圆盘上,沿直径方向上放置以细线相连的 A、B 两个小物块
A 的质量为 ,离轴心 ,B 的质量为 ,离轴心 ,A、B 与盘面间相互作用的摩擦力最大值为其重力的 0
5 倍,试求1图 2(1)当圆盘转动的角速度 为多少时,细线上开始出现张力
(2)欲使 A、B 与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的最大角速度为多大
( )解析:(1) 较小时,A、B 均由静摩擦力充当向心力, 增大, 可知,它们受到的静摩擦力也增大,而 ,所以 A 受到的静摩擦力先达到最大值
再增大,AB 间绳子开始受到拉力
由 ,得: (2) 达到 后, 再增加,B 增大的向心力靠增加拉力及摩擦力共同来提供,A 增大的向心力靠增加拉力来提供,由于 A 增大的向心力超过 B 增加的向心力, 再增加,B 所受摩擦力逐渐减小,直到为零,如 再增加,B 所受的摩擦力就反向,直到达最大静摩擦力
如 再增加,就不能维持匀