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????????L2?r2?mv2?(7i?25.5j)?3(i?11j)?154.5k
????2?1∴ ?L?L2?L1?82.5kkg?m?s
解(二) ∵M???t?t?∴ ?L??M?dt??(r?F)dt
00dz dt?3?15??????(4?t)i?(6t?)?t2)j??5jdt023??
??3??5(4?t)kdt?82.5kkg?m2?s?10
3.10 平板中央开一小孔，质量为m的小球用细线系住，细线穿过小孔后挂一质量为M1的重物．小球作匀速圆周运动，当半径为r0时重物达到平衡．今在M1的下方再挂一质量为M2的物体，如题3.10图．试问这时小球作匀速圆周运动的角速度??和半径r?为多少?
题3.10图
解: 在只挂重物时M1，小球作圆周运动的向心力为M1g，即
M1g?mr0?0①
挂上M2后，则有
2
(M1?M2)g?mr???2
②
重力对圆心的力矩为零，故小球对圆心的角动量守恒． 即 r0mv0?r?mv?
?r02?0?r?2?? ③
_
联立①、②、③得
?0?M1gmr0
M1gM1?M22???()3mr0M11M1?M2M1r??g?()3?r02m??M1?M2
3.11 飞轮的质量m＝60kg，半径R＝0.25m，绕其水平中心轴O转动，转速为900rev·min-1．现利用一制动的闸杆，在闸杆的一端加一竖直方向的制动力F，可使飞轮减速．已知闸杆的尺寸如题3.11图所示，闸瓦与飞轮之间的摩擦系数? =0.4，飞轮的转动惯量可按匀质圆盘计算．试求：
(1)设F＝100 N，问可使飞轮在多长时间内停止转动?在这段时间里飞轮转了几转? (2)如果在2s内飞轮转速减少一半，需加多大的力F?
解: (1)先作闸杆和飞轮的受力分析图(如图(b))．图中N、N?是正压力，Fr、Fr?是摩擦力，
Fx和Fy是杆在A点转轴处所受支承力，R是轮的重力，P是轮在O轴处所受支承力．
题3.11图（a）
题3.11图(b)
杆处于静止状态，所以对A点的合力矩应为零，设闸瓦厚度不计，则有
F(ll21?l2)?N?l1?0N??l1?lF 1对飞轮，按转动定律有???FrR/I，式中负号表示?与角速度?方向相反． ∵ Fr??N N?N? ∴ Fl1?l2r??N???lF 1又∵ I?12mR2, ∴ ???FrR?I?2?(l1?l2)mRlF 1以F?100N等代入上式，得
???2?0.40?(0.50?0.75)?100??40rad?s?260?0.25?0.503
由此可算出自施加制动闸开始到飞轮停止转动的时间为
t???0900?2????360?40?7.06s 这段时间内飞轮的角位移为
???900?2?0t?1?t2?60?94??12?403?(94?)22 ?53.1?2?rad可知在这段时间里，飞轮转了53.1转． (2)?2?10?900?60rad?s?，要求飞轮转速在t?2s内减少一半，可知 ?0??2??015?t???02t??rad?s?22 用上面式(1)所示的关系，可求出所需的制动力为
_
① _
F???mRl1?2?(l1?l2)60?0.25?0.50?15?
2?0.40?(0.50?0.75)?2?177N
3.12 固定在一起的两个同轴均匀圆柱体可绕其光滑的水平对称轴OO?转动．设大小圆柱体的半径分别为R和r，质量分别为M和m．绕在两柱体上的细绳分别与物体m1和m2相连，
m1和m2则挂在圆柱体的两侧，如题3.12图所示．设R＝0.20m, r＝0.10m，m＝4 kg，
M＝10 kg，m1＝m2＝2 kg，且开始时m1，m2离地均为h＝2m．求：
(1)柱体转动时的角加速度； (2)两侧细绳的张力．
解: 设a1,a2和β分别为m1,m2和柱体的加速度及角加速度，方向如图(如图b)．
题3.12(a)图 题3.12(b)图
(1) m1,m2和柱体的运动方程如下：
T2?m2g?m2a2 ① m1g?T1?m1a1 ②
??T1R?T2r?I? ③
式中 T1??T1,T2??T2,a2?r?,a1?R?
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而 I?由上式求得
11MR2?mr2 22???Rm1?rm2gI?m1R2?m2r20.2?2?0.1?2?9.8
11?10?0.202??4?0.102?2?0.202?2?0.10222?6.13rad?s?2 (2)由①式
T2?m2r??m2g?2?0.10?6.13?2?9.8?20.8N
由②式
T1?m1g?m1R??2?9.8?2?0.2.?6.13?17.1N
3.13 计算题3.13图所示系统中物体的加速度．设滑轮为质量均匀分布的圆柱体，其质量为
M，半径为r，在绳与轮缘的摩擦力作用下旋转，忽略桌面与物体间的摩擦，设m1＝50
kg，m2＝200 kg,M＝15 kg, r＝0.1 m
解: 分别以m1,m2滑轮为研究对象，受力图如图(b)所示．对m1,m2运用牛顿定律，有
m2g?T2?m2a ① T1?m1a ②
对滑轮运用转动定律，有
1T2r?T1r?(Mr2)? ③
2又， a?r? ④ 联立以上4个方程，得
a?m2gm1?m2?M2?200?9.8?7.6155?200?2m?s?2
大学物理学(第三版)第三章课后答案解析(主编)赵近芳
