小球连一不可伸缩的细绳,绳绕于半径为R的圆柱上,如图13-6所示。如小球在水平光滑面上运动,初始速度v0。垂直于
小球连一不可伸缩的细绳,绳绕于半径为R的圆柱上,如图13-6所示。如小球在水平光滑面上运动,初始速度v0。垂直于细绳。问小球在以后的运动中动能不变吗?对圆柱中心轴z的动量矩守恒吗?小球的速度总是与细绳垂直吗?
回答此问题时应先弄清小球速度的方向。在静力学中已指出柔索只能受拉,不能受压。因此,尽管小球带动细绳往圆柱体上缠绕,但也必须处于“绷紧”的状态。前半句话说明小球的速度在细绳方向上的分量不能背离圆柱体;后半句话说明小球的速度在细绳方向上的分量不能指向圆柱体,即小球的速度只能垂直于细绳。
由功的定义和动能定理,作用在小球上的全部力(小球重力、支撑面反力、绳的拉力)均不做功,故小球动能守恒,即小球在以后的运动中速度大小不变。
因绳的拉力对圆柱中心轴z有矩,故小球的动量矩不会守恒。事实上,因绳逐渐缠绕,小球的动量矩逐渐减小。