1、分析m1,画出受力图如下图所示,做匀速圆周运动,摩擦力f提供向心力,当速度为最大速度时静摩擦力达到最大值,即为滑动摩擦力。牛顿方程为:
x轴:f=m1v²/L
y轴:N=m1g
又因:f=μN
联立上述三个方程得到:μm1g=m1v²/L,得到最大速度为:v=根号下μgL。
再分析整体:m1、m2有相同速度。
列出指向圆心方程的牛顿方程有:T=(m1+m2)v²/L=μ(m1+m2)g。
2、分析小球,讨论临界:当水平绳子恰好没有张力时,小球共受到两个力的作用,竖直向下的重力mg,以及倾斜绳子的张力T,在此二力的作用下,小球做圆周运动,沿水平方向和竖直方向建立直角坐标系,将绳子张力投影到坐标轴上,并列出牛顿方程为:
x轴:Tsinα=mv²/r
y轴::Tcosα=mg
联立上述两个方程可解得:v=根号下grtanα(有图中的长度关系可知:α=30°),代入数据即可解得此临界速度,当速度小于此临界速度时,水平绳子的张力为0.
当速度为10m/s时,可以判断此速度已经大于临界速度,所以水平绳子的张力不为0,对小球做受力分析,如下图所示,并建立坐标系,列出牛顿方程为:
x轴:T1sinα+T2=mv²/r
y轴:T1cosα=mg
联立上述两个方程消去T1,可以得到:T2=mv²/r-mgtanα,代入相关数据即可解得水平绳子的张力T2。