彈簧簡述彈簧性質(zhì)與彈簧連接體問題
彈簧作為典型的彈力模型,它具有如下性質(zhì):彈簧既可承受壓力,也可承受拉力;由于彈簧通常不計質(zhì)量,各處彈力大小相等;彈簧的彈力與形變相聯(lián)系,形變的改變需要時間,所以彈力不能突變。
彈簧連接體是指由螺旋彈簧連接著的物體組。有許多彈簧連接體問題可以直接利用彈簧模型的性質(zhì)和特點來解決,下面舉例說明。
例1.質(zhì)量為m的質(zhì)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。已知彈簧a,b對質(zhì)點的作用力均為F,則彈簧C對質(zhì)點的作用力可能為: [ ]
A.F B.F+mg
C.F-mg D.mg+F
解析:彈簧a,b有可能處于伸長狀態(tài),也可能處于壓縮狀態(tài),不同狀態(tài)彈力方向不同。同樣彈簧C也有兩種可能狀態(tài)。
當(dāng)a,b處于伸長狀態(tài),其彈力的合力向上,大小為F。如果C處于伸長狀態(tài),彈力Fc向下,由
Fc+mg=F,
得
Fc=F-mg。
如果C處于壓縮狀態(tài),彈力Fc向上,由
Fc+F=mg,
有
Fc=mg-F。
當(dāng)mg=2F時,
Fc=F。
當(dāng)a,b處于壓縮狀態(tài), 其彈力的合力向下,大小為F,C必處于壓縮狀態(tài), 彈力Fc向上,F(xiàn)c=mg+F。所以A,B,C,D都有可能。
例2.物體B,C分別連接在輕質(zhì)彈簧兩端,將其靜置于吊籃A的水平底板上,已知A,B,C三者質(zhì)量相等,均為m,那么燒斷懸掛吊籃的輕繩的瞬間,各物體加速度為多少?
解析:此問題應(yīng)用到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可看成一個整體來分析,繩子未斷之前,它們受重力2mg,彈簧向下的彈力f =mg,繩子向上的拉力T=3mg,處于平衡狀態(tài)。繩子斷的瞬間,拉力T消失,而彈簧的彈力不能突變,所以它們受到的合力向下,大小為 f+2mg=3mg
注:
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