19.2.11。假设质量为 2 kg、回转半径为 ρ = 6 cm 的线缠绕在半径为 r = 8 cm 的线圈上,并用力 F = 0.5 N 拉动线圈。有必要确定线圈的角加速度,考虑到不存在滑移。
为了解决这个问题,需要利用能量守恒定律,它允许我们通过线圈的角速度来表达线圈的动能。您还应该使用线圈的转动惯量和牛顿第二定律来进行旋转运动。
根据能量守恒定律,外力所做的功等于线圈动能的变化。外力所做的功等于力与位移的乘积,在本例中等于力与 2πr(缠绕在线轴上的线的长度)的乘积。因此,我们得到等式:
F * 2πr = Δ(1/2 * I * ω^2),
其中I是线圈的转动惯量,ω是线圈的角速度。
已知线圈的转动惯量等于:
I = m * ρ^2/2,
其中 m 是在线轴上的线的质量。
将转动惯量表达式代入方程并求解角加速度,可得:
α = F * r / (m * ρ^2/4 + m * r^2) = 0.5 * 0.08 / (2 * 0.06^2 / 4 + 2 * 0.08^2) ≈ 3.27 rad/s^2。
因此,线圈的角加速度约为 3.27 rad/s^2。
我们向您展示作者 O.E. 的《普通物理问题》文集中问题 19.2.11 的解决方案。凯佩,1989 年上映。在我们的解决方案中,我们使用能量守恒定律和转动惯量来确定线圈的角加速度。该解决方案以清晰易懂的形式呈现,对学生和物理教师都有用。
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