题目内容
如图所示,AB是足够长的倾角为θ倾斜直轨道,BCD是半径为R的光滑圆弧轨道,它们在B点相切。P点与圆弧的圆心O等高,D、E与O点在同一条竖直直径上。一个质量为m的物体(可以看作质点)从AB轨道上的某点由静止释放。
(1)若轨道AB光滑,为使物体能到达圆弧轨道的最高点D,释放点距B点的距离L至少应为多少;
(2)若轨道AB动摩擦因数为μ,物体从P点释放,则它在整个运动过程中在AB轨道上运动的总路程s为多少;
(3)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力的大小.
解析:(1)设物体刚好到D点,则mg=
对全过程由动能定理得:mgLsin θ-mgR(1+cos θ)=mv 得:L=
(2)因为摩擦力始终对物体做负功,所以物体最终在圆心角为2θ的圆弧上往复运动.
对整个过程由动能定理得:mgR·cosθ-μmgcosθ·s=0 所以总路程为s=-
(3)对B→E过程mgR(1-cos θ)=mv N-mg=
由牛顿第三定律,物体对轨道的压力
得对轨道压力:=(3-2cosθ)mg
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