题目内容

(12分)如下图所示,让摆球从图中的C位置由静止开始摆下,摆到最低点D处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动,到达小孔A进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑圆弧轨道,当摆球进入圆轨道立即关闭A孔.已知摆线长L=2m,兹=60°,小球质量为m=0.5kg,D点与小孔A的水平距离s=2m,g取10m/s2.试求:

(1)求摆线能承受的最大拉力为多大?

(2)要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道,求粗糙水平面摩擦因数滋的范围.

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)当摆球由C到D运动机械能守恒:mg(L-Lcos兹)=mvD2(1分)

    由牛顿第二定律可得:Fm-mg=m(1分)

    可得:Fm =2mg=10N(1分)

(2)小球不脱圆轨道分两种情况:①要保证小球能达到A孔,设小球到达A孔的速度恰好为零,由动能定理可得:-滋1mgs=0-mvD2(1分)

可得:滋1=0.5(1分)

若进入A孔的速度较小,那么将会在圆心以下做等幅摆动,不脱离轨道.其临界情况为到达圆心等高处速度为零,

由机械能守恒可得: mvA2=mgR(1分)

由动能定理可得:-滋2mgs= mvA2-mvD2(1分)

可求得:滋2=0.35(1分)

②若小球能过圆轨道的最高点则不会脱离轨道,在圆周的最高点由牛顿第二定律可得:mg=m(1分)

由动能定理可得:-滋3mgs-2mgR= mv2-mvD2(1分)

解得:滋3=0.125(1分)

综上所以摩擦因数滋的范围为:0.35≤滋≤0.5或者滋≤0.125(1分)

 

 解析:略

 

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