國營聯招 土木應用力學、材料力學100 年第 47 題單選題考點:旋轉系能量守恆考點:切向vs徑向混淆
假設質量 m 的 B 塊,可以在無摩擦的 OA 臂桿上自由滑動,臂桿 OA 以 ω 的等速率在水平面上轉動。若 B 在 r=r0 的位置處鬆開,
請問 B 沿著 OA 方向的速度分量 Vr 為多少?
A$\omega (\mathrm{r}^2 -\mathrm{r}_0^2)^{1 / 2}$正確答案
B$\omega \mathrm{r}$
C$\omega \mathrm{r}_0$
D$\omega (\mathbf{r}^2 -\mathbf{r}_0^2)$
A正確答案
質量m在無摩擦旋轉臂上滑動,用能量守恆求徑向速度Vr:離心力做功轉為徑向動能,得Vr=ω√(r²-r₀²)
逐選項解析
A$\omega (\mathrm{r}^2 -\mathrm{r}_0^2)^{1 / 2}$旋轉系能量守恆✓ 正確
用能量守恆(或Lagrange方程):離心力mrω²在r方向做功,½mVr²=∫[r₀→r]mω²r dr=½mω²(r²-r₀²),故Vr=ω√(r²-r₀²),正確答案
B$\omega \mathrm{r}$切向vs徑向混淆✕ 易錯陷阱
ωr是B在該位置的切向速度分量(Vθ=rω),不是徑向速度Vr,常見混淆陷阱
C$\omega \mathrm{r}_0$✕ 錯誤
D$\omega (\mathbf{r}^2 -\mathbf{r}_0^2)$✕ 錯誤
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