因杆可以绕任一点转动,故若杆对a、b的作用力不沿杆,则杆不可能处于平衡状态,故杆对ab球的弹力一定沿杆,且对两球的作用力大小一定相等.
设细杆对两球的弹力大小为T,小球a、b的受力情况如图所示其中球面对两球的弹力方向指向圆心,即有:
cosα=
=
R
2
2 R
2
2
解得:α=45°
故FNa的方向为向上偏右,即β1=90°-45°-θ=45°-θ
FNb的方向为向上偏左,即β2=90°-(45°-θ)=45°+θ
两球都受到重力、细杆的弹力和球面的弹力的作用,过O作竖直线交ab于c点,设球面的半径为R,则oac与左侧力三角形相似;oac与右侧力三角相似;则由几何关系可得:
=
mag OC
=FNa R
T ac
=
mbg OC
=FNa R
T bc
解得:FNa=
FNb
3
取a、b及细杆组成的整体为研究对象,由平衡条件得:
FNa?sin β1=FNb?sin β2
即
FNb?sin(45°-θ)=FNb?sin(45°+θ)
3
解得:θ=15°;
故选:D.