题目内容

如图所示,在小车的一端高h的支架上固定着一个半径为R的1/4圆弧光滑导轨,一质量为m=0.2kg的物体从圆弧的顶端无摩擦地滑下,离开圆弧后刚好从车的另一端擦过落到水平地面,车的质量M=2kg,车身长L=0.22m,车与水平地面间摩擦不计,图中h=0.20m,重力加速度g=10m/s2,求R.
物体从圆弧的顶端无摩擦地滑到圆弧的底端过程中,水平方向没有外力,系统在水平方向动量守恒,
设物体滑到圆弧的底端时车速度为v1,物体速度为v2,以车的速度方向为正方向,
对物体与车组成的系统,在水平方向上,由动量守恒定律得:0=Mv1-mv2
由机械能守恒定律得:mgR=
1
2
Mv12+
1
2
mv22
物体滑到圆弧底端后车向右做匀速直线运动,物体向左做平抛运动,
对物体,在竖直方向上:h=
1
2
gt2,水平方向上:L=(v1+v2)t,
解得:R=0.055m.
答:圆弧轨道半径为0.055m.
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