题目内容
【题目】如图所示,ABCDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AB是半径为R=10m的圆周轨道,CDO是直径为10m的半圆轨道。AB轨道和CDO轨道通过极短的水平轨道(长度忽略不计)平滑连接。半径OA处于水平位置,直径OC处于竖直位置。一个小球P从A点的正上方高H处自由落下,从A点进入竖直平面内的轨道运动(小球经过A点时无机械能损失)。当小球通过CDO轨道最低点C时对轨道的压力等于其重力的6.5倍,取g为10m/s2。
(1)试求高度H的大小;
(2)试讨论此球能否到达CDO轨道的最高点O,并说明理由;
(3)求小球沿轨道运动脱离轨道后第一次落回轨道上时的速度大小。
【答案】(1)3.75m;(2)能,见解析;(3)
【解析】
(1)在C点,根据牛顿第二定律
从P点到C点,根据动能定理
联立解得
(2)从C点到O点,根据动能定理
联立解得
设物体恰好到达轨道O点的速度大小为v0,根据牛顿运动定律得
解得
由于
所以小球可以通过O点。
(3)小球离开O点后做平抛运动,根据平抛运动规律有,水平方向
竖直方向
且有
联立解得
所以小球再次落到轨道上的速度
代入数据解得
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