彈(dàn)簧(huáng)簡述彈簧性(xìng)質與彈簧連接體問題
彈簧(huáng)作為典型的彈力模型,它具有如下性質:彈簧既(jì)可承受壓力,也可承受拉(lā)力;由于(yú)彈簧通常不計質量,各處彈力大小(xiǎo)相等;彈簧的彈力與形變相聯系,形變的改變(biàn)需要時間,所以彈力不能突變。
彈簧連接體是指由螺旋彈簧連接着的(de)物體組。有許多彈簧(huáng)連接體問題可(kě)以直接利(lì)用彈(dàn)簧模型的性質和特點來解決,下面舉例說明。
例1.質量為m的質點與三根相同的螺旋形輕彈簧相連,靜止時,相鄰彈簧間的夾角為120°,如圖1所示。已知彈(dàn)簧a,b對質點的作(zuò)用力均為F,則(zé)彈簧C對質點的作用力(lì)可能為: [ ]
A.F B.F+mg
C.F-mg D.mg+F
解析:彈簧a,b有可能(néng)處于伸長(zhǎng)狀态,也可能處于壓縮狀态,不同狀(zhuàng)态彈力方向(xiàng)不同(tóng)。同樣彈簧C也有兩種可能狀态。
當a,b處于(yú)伸長狀态,其彈(dàn)力的合力向上,大(dà)小為F。如果C處于伸長狀态,彈力Fc向下,由
Fc+mg=F,
得
Fc=F-mg。
如果C處于壓縮(suō)狀态,彈力Fc向上,由
Fc+F=mg,
有
Fc=mg-F。
當mg=2F時,
Fc=F。
當(dāng)a,b處于(yú)壓縮狀态(tài), 其彈力的合力向下(xià),大(dà)小為F,C必(bì)處于壓縮狀态, 彈力Fc向上,Fc=mg+F。所以(yǐ)A,B,C,D都有可能(néng)。
例2.物體B,C分别連接在輕質彈簧兩端,将其靜置于吊籃A的水平底闆上,已知A,B,C三者質(zhì)量相等,均為m,那麼燒斷懸挂吊籃(lán)的輕繩的瞬間,各物體加速度為多(duō)少?
解析:此問題應用到(dào)彈簧的彈力不能突變的性質(zhì)。未燒斷繩子之前,C受到一個重力mg和彈簧的彈力f,兩者平衡。繩燒斷瞬間,f不能突變,大小仍為mg,所以ac=0
A, B可看成一(yī)個整體來分析,繩子未斷之前,它們(men)受重力2mg,彈簧向(xiàng)下的彈力f =mg,繩子向上(shàng)的拉力T=3mg,處于平衡狀(zhuàng)态。繩子斷的(de)瞬間,拉力T消失,而彈簧的彈力(lì)不能突變,所以它們受到(dào)的合力向下,大小(xiǎo)為 f+2mg=3mg
注:
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