一人坐在可以自由旋转的平台的中心,双手各持一哑铃且平展双臂于身体两侧。设每个哑铃的质量m=2 kg,两哑铃相距2l1=1.5 m,平台转速ω1=2πrad.s-1。当此人收回双臂使两哑铃间距离2l2=0.8 m时,平台转速增加为ω2=3π rad.s-1。

admin2011-12-05  46

问题 一人坐在可以自由旋转的平台的中心,双手各持一哑铃且平展双臂于身体两侧。设每个哑铃的质量m=2 kg,两哑铃相距2l1=1.5 m,平台转速ω1=2πrad.s-1。当此人收回双臂使两哑铃间距离2l2=0.8 m时,平台转速增加为ω2=3π rad.s-1。设人与平台对转轴的转动惯量不变,求人做的功。

选项

答案对于人、哑铃和平台系统,在哑铃之间的距离减小的过程中,合外力矩为零,系统角动量守恒。设人与平台对转轴的转动惯量为J,则 (J+2ml121=(J+2ml222 J(ω2 - ω1)=2m(l12ω1 - l22ω2) 在哑铃间距减小的过程中,人所做的功等于系统转动动能的增量,即 W=ΔEk =(1/2)(J+2ml2222 - (1/2)(J+2ml1212 =(1/2)J(ω2 - ω1)(ω12)+(ml22ω22 - ml12ω12) =mω1ω2(l12 - l22) =2×2π×3π×[(1.5/2)2 - (0.8/2)2] =47.7 J 所以,存哑铃间距减小的过程中,人做的功为47.7 J。

解析
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