题目
Problem
6.
A washing line ABCD is fixed at the points A and D.
There are two heavy items of clothing hanging on the washing line, one fixed at B and the other fixed at C.
The washing line is modelled as a light inextensible string, the item at B is modelled as a particle of mass 3kg and the item at C is modelled as a particle of mass Mkg.
The section AB makes an angle α with the horizontal, where tanα=43, the section BC is horizontal and the section CD makes an angle β with the horizontal, where tanβ=512, as shown in Figure 3.
The system is in equilibrium.
(a) Find the tension in AB.
(4)
(b) Find the tension in BC.
(3)
(c) Find the value of M.
(5)
题目中文翻译
晾衣绳 ABCD 固定在 A、D 两点。
两件较重的衣物挂在晾衣绳上,一件固定于 B,另一件固定于 C。
将晾衣绳视为不可伸长的轻绳,将 B 处的衣物视为质量为 3kg 的质点,将 C 处的衣物视为质量为 Mkg 的质点。
如图 3 所示,绳段 AB 与水平面成 α 角,其中 tanα=43;绳段 BC 水平;绳段 CD 与水平面成 β 角,其中 tanβ=512。
系统处于平衡状态。
(a) 求 AB 中的张力。
(4)
(b) 求 BC 中的张力。
(3)
(c) 求 M 的值。
(5)
解答
(a)
解法一
思路
展开
在 B 点分别列平衡条件。水平绳段不能提供竖直分力,故 AB 的竖直分力独自平衡该处衣物的重量。
答题过程
展开
Since tanα=3/4,
sinα=53,cosα=54.
Resolving vertically at B,
TABsinα=3g.
Therefore
TAB=3/53g=5g=49 N.
(b)
解法一
思路
展开
B 点水平方向平衡。衣物固定在绳上,各段绳的张力不必相等,应通过平衡方程求解。
答题过程
展开
Resolving horizontally at B,
TBC=TABcosα.
Hence
TBC=49(54)=39.2 N.
(c)
解法一
思路
展开
在 C 点水平与竖直分解。两个方程相除消去 CD 中的未知张力,便得到质量。
答题过程
展开
At C, horizontal and vertical equilibrium give
TCDcosβ=TBC=39.2,
TCDsinβ=Mg.
Dividing the second equation by the first,
tanβ=39.2Mg.
Using tanβ=12/5,
M=9.839.2512=9.6.