听著这位讲授的讲课,陈末心中那一丝还没来得及生长的傲慢就已经彻底消失,比起大学物理,高中物理就如同浩瀚森林中的一片落叶。
而如此浩瀚的大学物理,却有人能够信手拈来,隨意挥洒,把复杂的物理概念讲解得清晰易懂、生动有趣。
外面的世界果然强者如云,人外有人啊!
很快,物理课结束,陈末在听到铃声的瞬间就拿著课本走上了讲台。
“王老师,有道题我一直没搞懂,您能帮我看看吗?”
陈末態度诚恳的说道,这一次他可不完全是为了完成建议才过来凑数的,学习大学物理之后,他真的感觉自己还有很多不懂的地方。
“哦?”
“什么题?”
王小花满意点头,只要陈末还愿意好好学习,那就是好孩子。
“是这样的。”
陈末把自己草稿纸拿过去,上面有他抄写的题目。
【一个质量为半径为r的均匀实心圆柱,从倾角为θ的斜面上由静止释放。斜面足够粗糙,使得圆柱初始时无滑动地纯滚动。已知斜面与圆柱之间的静摩擦係数为μs,动摩擦係数为μk,且μk&a;a;lt;μs。
1.求圆柱在纯滚动阶段的质心加速度和角加速度。
2.隨著圆柱速度增加,它可能会在某个时刻开始滑动,求开始滑动的条件。
3.如果圆柱在纯滚动一段距离后確实进入了滑动阶段,求从开始滑动起,再经过时间t时,圆柱质心的速度和角速度。】
王小花皱眉。
这根本不是高中物理。
她甚至怀疑这是陈末故意找了道布满陷阱的题目来捉弄她。
可她好歹也是华中师范大学毕业的高材生,教了几十年高中物理,但大学物理的底子还在,在看到这道题的瞬间,她就敏锐的察觉到了问题所在。
“这道题看起来就是常规的纯滚动问题嘛……”
王小花决定故意装唐,阴这个狡猾的学生一手,“所以你不懂的地方是什么?”
陈末立刻补充道:“但我觉得奇怪的是,很多资料只討论开始滑动的临界条件,很少具体求滑动后的速度。
而且,如果考虑圆柱的转动惯量是1/2^2,滑动后的摩擦力方向会不会改变?
还有,如果斜面倾角很小,圆柱可能一直纯滚动吗?如果倾角很大,是不是一开始就滑动了?这个过渡点怎么严格確定?”
“哦?”
王小花这次的確有些惊讶了。
她原本以为陈末是不懂装懂,故意找了道大学物理的陷阱题来找茬,但陈末一开口,她就知道,这小傢伙似乎是真的在认真思考这道题。
因为这道题的陷阱就在於题目中从滚动到滑动的预设,在常规设定下,圆柱要么一直纯滚动,要么一开始就滑动,並不存在从纯滚动中途开始滑动的情况。
陈末的问题恰恰点出了这个微妙之处,需要深入分析静摩擦力在纯滚动中的变化。
这需要考虑到圆柱的初角速度和斜面摩擦係数隨位置的变化。
“不是吧,哥们每节课都问问题啊?哪来那么多问题?”
“以前只是问数学,现在好了,每堂课都要问,能有这么多问题我也是服。”
“你这么说我倒是想起来了,他之前问数学,然后期中数学考了满分,现在开始问其他科目了,下次考试不会其他科目也都考满分吧?”
“你在想屁吃!”
同学们在下面小声蛐蛐,认为陈末是个显眼包。
“你这个问题问得很好!”
讲台上,王小花点头,也不再跟这个学生玩心眼子,而是认真思考了一会儿后,这才转身在黑板上认真推导起来。
“首先,我们对质心应用牛顿第二定律:sinθ?f=_c,然后对质心应用转动定律:fr=i_cα,其中ic=1/2^2,纯滚动条件为ac=αr,联立解得:ac=2/3gsinθ,f=1/3sinθ.”
“所以开始滑动的条件我们带入静摩擦力就能得到,tanθ≤3μs。”
“也就是说当tanθ&a;a;gt;3μs时,静摩擦力不足以维持纯滚动,圆柱会一开始就滑动。
当 tanθ&a;a;lt;3μs时,圆柱可维持一段纯滚动。
但隨著速度增加,若摩擦力未达到最大静摩擦,圆柱可能一直纯滚动到底。
实际上,在均匀斜面上,纯滚动阶段的f恆定,因此若tanθ&a;a;lt;3μs,圆柱会一直纯滚动到底部,不会中途滑动。
但若考虑其他因素,如旋转初始条件不同,可能发生变化。
这道题里