如图所示半径为R、r(R>r)甲、乙两圆形轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条水平轨道(CD)相连,如小球从离地3R的高处A点由静止释放,可以滑过甲轨道,经过CD段又滑上乙
◎ 题目
如图所示半径为R、r(R>r)甲、乙两圆形轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条水平轨道(CD)相连,如小球从离地3R的高处A点由静止释放,可以滑过甲轨道,经过CD段又滑上乙轨道后离开两圆形轨道,小球与CD段间的动摩擦因数为μ,其余各段均光滑. (1)求小球经过甲圆形轨道的最高点时小球的速度? (2)为避免出现小球脱离圆形轨道而发生撞轨现象.试设计CD段的长度. |
◎ 答案
(1)设小球能通过甲轨道最高点时速度为v1. 由机械能守恒定律得:mgh=mg.2R+
解得v1=
故小球经过甲圆形轨道的最高点时的速度为
(2)小球在甲轨道上做圆周运动通过最高点的最小速度为 vmin=
∵v1=
设CD的长度为x,小球在乙轨道最高点的最小速度为v2=
小球要通过乙轨道最高点,根据动能定理得:mg(3R-2r)-μmgx=
所以x≤
小球到乙轨圆心等高处之前再返回,根据动能定理得:mg(3R-r)-μmgx=0 解得:x=
小球到乙轨的最低点速度恰好速度为0,根据动能定理得:mg3R-μmgx=0 解得:x=
所以 |