Question

如圖所示，橫截面為四分之一圓（半徑為R）的柱體放在水平地面上，一根勻質(zhì)木棒OA長(zhǎng)為3R，重為G．木棒的O端與地面上的鉸鏈連接，木棒擱在柱體上，各處摩擦均不計(jì)．現(xiàn)用一水平推力F作用在柱體豎直面上，使柱體沿著水平地面向左緩慢移動(dòng)．問(wèn)：
（1）當(dāng)木棒與地面的夾角θ=30°時(shí)，柱體對(duì)木棒的彈力多大？
（2）此時(shí)水平推力F多大？
（3）在柱體向左緩慢移動(dòng)過(guò)程中，柱體對(duì)木棒的彈力及水平推力F分別如何變化？

Answer 1

（1）對(duì)OA棒，以O(shè)為固定轉(zhuǎn)軸，根據(jù)有固定轉(zhuǎn)軸物體的平衡條件，有：
G?

L

2

?cosθ=N?R?cotθ
代入數(shù)據(jù)，解得：N=

GLsinθ

2R

=

3Gsinθ

2

=

3Gsin30°

2

=

3

4

G
（2）對(duì)柱體，在水平方向受力平衡，有：F=N_x'=N'?sinθ=N?sinθ
代入數(shù)據(jù)，解得：F=

3

2

Gsin2θ=

3

2

Gsin230°=

3G

8

（3）在柱體向左緩慢移動(dòng)過(guò)程中，θ逐漸增大．
由N=

3Gsinθ

2

可知，柱體對(duì)木棒的彈力N逐漸增大；
由F=

3

2

Gsin2θ可知，水平推力F逐漸增大．
答：（1）柱體對(duì)木棒的彈力為

3

4

G；
（2）此時(shí)水平推力為

3

8

G；
（3）在柱體向左緩慢移動(dòng)過(guò)程中，柱體對(duì)木棒的彈力及水平推力F都不斷變大．