结构推理
一个质量为m、半径为a的均质圆柱体A在一个固定的、半径为b的圆柱体B的顶部处于静止的状态,两圆柱体的轴平行且水平,让圆柱体A稍偏离其平衡位置做无滑动滚动滚下圆柱体B。用带未定乘子的拉格朗日方程救济金约束力,并找出两圆柱体分离的位置。
【正确答案】解:取极坐标r、表示圆柱A的轴线位置,原点在固定圆柱B的轴线上,图中表示圆柱A的转角,用r、、为广义坐标,
约束方程
后一关系来自纯滚动条件:
选取的零点,时,,积分即得。
由,可得
用式(4)、(5),式(1)、(2)、(3)可简化为
由式(7)、(8)消去,得
积分上式,用初始条件时,,
式(9)两边对t求导,
对式(9)积分可得,从而也可得到、与t的关系。
两圆柱体分离时,,
可见,在处两圆柱体分离。
【答案解析】