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设滑轮的质量为$m$,半径为$r$,绳的张力为$T$,滑轮下降的加速度为$a$。
根据牛顿第二定律可得:
$$T-mg=ma$$
又因为绳不可伸长,所以绳上任意一点的拉力大小相等。考虑滑轮上方和下方两段绳分别对滑轮产生的转矩:
上方:$\tau_1=Tr$
下方:$\tau_2=(mg-T)r$
由于滑轮是静止转动或匀加速转动,所以这两个转矩大小相等:
$$\tau_1=\tau_2$$
代入$T-mg=ma$中得到:
$$Ta=mgr+mar \quad\Rightarrow\quad T=m(g+ar)$$
因此,在知道$a$后可以求出绳的拉力 $T=m(g+ar)$ 和滑轮心C的加速度 $a=\frac{g}{1+\frac{m}{mr^2}}=\frac{g}{1+\frac{m}{r^2}}$.
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