题目内容
(请给出正确答案)
[主观题]
直角三角板ABC的边长BC=a,AC=b,开始时AB边靠在y轴上,B与坐标原点O重合。今使A点单调地沿y轴负方向朝O点移动,
B点单调地沿x轴正方向移动,如图所示。
(1)设AC边与x轴平行时,即三角板处于图所示位置时,A点速度大小为υA,试求此时C点速度υC和加速度aC;
(2)取三角板从图1所示的初始位置到图3所示终止位置的过程,试求C点通过的路程S。
答案
(1)三角板A,C间距恒定,在图1的位置,υc的x分量需与υA的x分量相同,后者为零,即有υcx=0。又因B,C间距恒定,υc的y分量需与υB的y分量相同,后者为零,又有υcy=0。因此υc=0。
将ac分解为acx和acy,acx等于C相对于A加速度的x分量aCAx加上A相对Oxy平面加速度的x分量aAx=0,C相对于A作半径为b的圆运动,速度大小即为υA,故aCAx由向心加速度构成,即有
acx=aCAx=-υA2/b
aCy等于C相对B加速度的y分量aCBy加上B相对于Oxy平面加速度的y分量aCy=0,C相对于B作半径为a的圆运动,速度大小等于B沿x方向速度设为υB,则aCBy由向心加速度构成,又有
aCy=aCBy=-υB2/a,
A,B间距恒定,A点速度沿AB边分量应等于B点速度沿AB边分量,据此可得
,
最后,可将ac表述为
(2)取过程中间态如图所示,
可以看出O,A,B,C四点共圆。图中标以a的两个角因对应同一圆弧而相等,CO与x轴夹角a便是定值,过程中C必沿此连线作直线运动。引入图示的υA和υc,标量化为υA和υc,其中υA始终为正,υC取正时,υC指向O点,υc取负时,υc背离O点。参考同一圆弧对应的两个β角,υA和υC沿CA边方向分量相等的条件可表述成
υAcos[π-(α+β)]=υcsinβ,
得
可见C点开始时沿直线背离O点运动,到达图2所示位置时停下,而后沿直线指向O点运动,直到图3所示位置。据此,得
将ac分解为acx和acy,acx等于C相对于A加速度的x分量aCAx加上A相对Oxy平面加速度的x分量aAx=0,C相对于A作半径为b的圆运动,速度大小即为υA,故aCAx由向心加速度构成,即有
acx=aCAx=-υA2/b
aCy等于C相对B加速度的y分量aCBy加上B相对于Oxy平面加速度的y分量aCy=0,C相对于B作半径为a的圆运动,速度大小等于B沿x方向速度设为υB,则aCBy由向心加速度构成,又有
aCy=aCBy=-υB2/a,
A,B间距恒定,A点速度沿AB边分量应等于B点速度沿AB边分量,据此可得
,
最后,可将ac表述为
(2)取过程中间态如图所示,
可以看出O,A,B,C四点共圆。图中标以a的两个角因对应同一圆弧而相等,CO与x轴夹角a便是定值,过程中C必沿此连线作直线运动。引入图示的υA和υc,标量化为υA和υc,其中υA始终为正,υC取正时,υC指向O点,υc取负时,υc背离O点。参考同一圆弧对应的两个β角,υA和υC沿CA边方向分量相等的条件可表述成
υAcos[π-(α+β)]=υcsinβ,
得
可见C点开始时沿直线背离O点运动,到达图2所示位置时停下,而后沿直线指向O点运动,直到图3所示位置。据此,得
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