如图所示,在质量为M的电动机上,装有质量为m的偏心轮,飞轮转动的角速度为ω,当飞轮重心在转轴正上方时,电动机对地面的压力刚好为零,则飞轮重心离转轴的距离为多大?在转动过程中,电动机对地面的最大压力为多大?
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答案:(M+m)g/(mω2) 2(M+m)g 解析:设偏心轮的重心距转轴r,偏心轮等效为用一长为r的细杆固定质量为m(轮的质量)的质点,绕转轴转动(如题图所示). 轮的重心在正上方时,电动机对地面的压力刚好为零,则此时偏心轮对电动机向上的作用力大小等于电动机的重力.即 F=Mg① 根据牛顿第三定律,此时轴对偏心轮的作用力向下,大小为F=Mg,其向心力为 F+mg=mω2r② 由①②得偏心轮重心到转轴的距离为: r=(M+m)g/(mω2)③ 当偏心轮的重心转到最低点时,电动机对地面的压力最大.对偏心轮有 对电动机,设它所受支持力为FN FN= 由③④⑤解得FN=2(M+m)g 由牛顿第三定律得,电动机对地面的最大压力为2(M+m)g. |
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