过山车是游乐场中常见的设施,如图是一种过山车的简易模型.它由水平轨道和在竖直平面内的若干个光滑圆形轨道组成,A、B、C…分别是各个圆形轨道的最低点,第一圆轨道的半径R1
◎ 题目
过山车是游乐场中常见的设施,如图是一种过山车的简易模型.它由水平轨道和在竖直平面内的若干个光滑圆形轨道组成,A、B、C…分别是各个圆形轨道的最低点,第一圆轨道的半径R1=2.0m,以后各个圆轨道半径均是前一轨道半径的k倍(k=0.8),相邻两最低点间的距离为两点所在圆的半径之和.一个质量m=1.0kg的物块(视为质点),从第一圆轨道的左侧沿轨道向右运动,经过A点时的速度大小为v0=12m/s.已知水平轨道与物块间的动摩擦因数μ=0.5,水平轨道与圆弧轨道平滑连接. g取10m/s2,lg0.45=-0.347,lg0.8=-0.097.试求: (1)物块经过第一轨道最高点时的速度大小; (2)物块经过第二轨道最低点B时对轨道的压力大小; (3)物块能够通过几个圆轨道? |
◎ 答案
(1)设经第一个轨道最高点的速度为v,由机械能守恒有
即有v=
故物块经过第一轨道最高点时的速度大小为8m/s. (2)设物块经B点时的速度为vB,从A到B的过程由动能定理, -μmg(R1+R2)=
对物块经B点受力分析,由向心力公式有 FN-mg=m
联立两式解得N=mg+m
由牛顿第三定律可知,物块对轨道的压力大小为77.5N. 故物块经过第二轨道最低点B时对轨道的压力大小为77.5N. (3)设物块恰能通过第n个轨道,它通过第n个轨道的最高点时的速度为vn,有m |