彈簧簡述彈(dàn)簧性(xìng)質與彈簧連接體問題
彈(dàn)簧作為典型的彈(dàn)力模型,它具有如下性質:彈簧既(jì)可承受壓力,也可承(chéng)受拉力;由于彈簧通常不計質量,各處彈力大小相等(děng);彈簧的彈力與形變相聯系,形(xíng)變的改變需要時間,所(suǒ)以彈力不能突變。
彈簧連接體是指由螺旋彈簧連接着的物體組。有許多彈簧連接體問題可以(yǐ)直接利用彈簧模型(xíng)的性質(zhì)和特點來解決,下面舉例說明。
例1.質量為m的質點與三(sān)根相同的(de)螺旋形(xíng)輕彈簧相連,靜止時,相鄰彈簧間(jiān)的夾角(jiǎo)為120°,如圖1所示(shì)。已知彈簧a,b對質點的作用力均為F,則彈簧C對質點的作用力可能為: [ ]
A.F B.F+mg
C.F-mg D.mg+F
解析(xī):彈簧a,b有可能處于伸長狀态,也可能處于(yú)壓縮狀态,不(bú)同狀态彈力方向不同。同樣(yàng)彈簧C也有兩種可能狀态。
當a,b處于伸長狀态,其彈力的合力向(xiàng)上,大小為F。如果C處于伸長狀态(tài),彈力(lì)Fc向下,由
Fc+mg=F,
得
Fc=F-mg。
如果C處于壓縮狀态,彈力Fc向上(shàng),由
Fc+F=mg,
有
Fc=mg-F。
當mg=2F時,
Fc=F。
當a,b處于壓(yā)縮狀态, 其彈(dàn)力的合力向(xiàng)下,大小為F,C必處于壓縮狀态, 彈力Fc向上,Fc=mg+F。所(suǒ)以A,B,C,D都有可能。
例2.物體B,C分别連接在輕質彈簧兩端,将(jiāng)其靜置于吊籃A的水平底闆上,已知(zhī)A,B,C三者質量相等,均為m,那麼(me)燒斷懸挂吊籃的輕繩的瞬(shùn)間,各(gè)物體加速度為多少(shǎo)?
解析:此問題應用到彈簧的(de)彈力不能突變的性質。未燒斷繩子之前,C受到一個(gè)重(zhòng)力mg和彈簧的彈力f,兩者平衡。繩燒斷瞬間,f不能突(tū)變,大小仍(réng)為mg,所以ac=0
A, B可看成一個(gè)整體來分(fèn)析,繩子(zǐ)未斷之前(qián),它們受重力(lì)2mg,彈簧向下的彈力f =mg,繩子向(xiàng)上的拉力T=3mg,處于平衡狀态。繩子斷的瞬間,拉力T消(xiāo)失(shī),而彈簧(huáng)的彈力不能(néng)突變(biàn),所以它們受到的合力向下(xià),大小為 f+2mg=3mg
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