内容正文:
1.临界问题:某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的转折状态.
2.关键词语:在动力学问题中出现的“最大”“最小”“刚好”“恰能”等词语,一般都暗示了临界状态的出现,隐含了相应的临界条件.
一、动力学的临界问题
3.常见类型
(1)弹力发生突变的临界条件
弹力发生在两物体的接触面之间,是一种被动力,其大小由物体所处的运动状态决定.相互接触的两个物体将要脱离的临界条件是弹力为零.
(2)摩擦力发生突变的临界条件
摩擦力是被动力,由物体间的相对运动趋势决定.
①静摩擦力为零是状态方向发生变化的临界状态;
②静摩擦力最大是物体恰好保持相对静止的临界状态.
例1、如图所示,细线的一端固定在倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球。
(1)当滑块至少以多大的加速度向右
运动时,线对小球的拉力刚好等于零?
解析 对小球受力分析,如图所示,
当T=0时,有Ncos 45°=mg
Nsin 45°=ma
解得a=g.
故当向右加速度为g时线上的拉力为0.
(2)当滑块至少以多大的加速度a1向左运动时,小球对滑块的压力等于零?
解析 假设滑块具有向左的加速度a1时,
小球受力如图所示.由牛顿第二定律得
x方向:T1cos 45°-N1sin 45°=ma1,
y方向:T1sin 45°+N1cos 45°-mg=0.
由此两式可以看出,当加速度a1增大时,
球所受的支持力N1减小,线的拉力T1增大.
答案 g
所以滑块至少以a1=g的加速度向左运动时小球对滑块的压力等于零.
解析 当滑块加速度大于g时,小球将“飘”离斜面而只受线的拉力和重力的作用,如图所示,此时细线与水平方向间的夹角α<45°.
由牛顿第二定律得T′cos α=ma′
T′sin α=mg,
(3)当滑块以a′=2g的加速度向左运动时,线中拉力为多大?
总结:
(1)两接触的物体分离之前的速度和加速度均相同。
(2)两物体分离瞬间的速度和加速度仍相同,但物体间的作用力N=0或T=0。
例2、如图所示,把长方体切成质量分别为m和M的两部分,切面与底面的夹角为θ,长方体置于光滑的水平面上。设切面是光滑的,要使m