物理-力学 两根铁棒的端点被连在一起,连接处可活动(像圆规)。而后一根铁棒的自由端吊在一根竖直轻绳上

问铁棒之间张角为多大时,铁棒的连接处能达到最大高度

把两根铁棒看成整体,可知两铁棒成什么角度,绳子保持竖直状态。
当连接绳子一端的铁棒与竖直角最大时,高度最大。
物体平衡时,两铁棒的重心在绳子的竖直线上。两铁棒的重心在两铁棒中心连线的中心。

假设铁棒跟绳子连接点A,两铁棒连接点B,另一断点C。AC底边的中位线的中点O为物体重心。
所以AO为竖直绳所在直线。

设两铁棒夹角α,铁棒与竖直线夹角β。由几何关系得到α、β的关系,求出当β最大值时,α的值。

因为人在外面,手头没有纸笔,楼主可以根据这个思路试试。再不行我过几天回家再算。追问

我算过了,还用到平均值不等式
结果是arccos 3/5 但答案是arccos 2/3
不知道你能算到答案么?
能用力矩来做么?

追答

我算出来是π-arccos1/3,是个钝角。 答案确定是arccos 2/3吗?

力矩平衡也得出相同的结论,竖直线经过两铁棒中点连线的中点。

追问

π-arccos1/3应该是个锐角吧,怎么做?写下详细过程。
我每次都算不到

追答

刚才算错了- -,答案是arccos1/3,是锐角,你检验下是否有错。

如图,θ和α角满足θ+α/2=π/2,为方便计算我们先求出θ。

图中粉红色的两倍关系有:tanθ=2tan(θ-β)        tanθ(1+tanθtanβ)=2(tanθ-tanβ)

tanβ=tanθ/(2+tan²θ)=1/(tanθ+2/tanθ)

当tanθ=2/tanθ时,tanθ+2/tanθ取得最小值,tanβ取得最大值。

所以tanθ=√2

所以tanα/2=tan(π/2-θ)=√2/2

cosα=(1-tan²α/2)/(1+tan²α/2)=1/3

所以α=arccos1/3

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