题目内容

如图所示,ABCDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AB是半径为R=15m的圆周轨道,CDO是直径为15m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倍,取g为10m/s2。

(1)试求高度H的大小;

(2)求小球沿轨道运动后再次落回轨道上时的速度大小。

 

【答案】

(1)

(2)

【解析】(1)在C点对轨道的压力等于重力的倍,由牛顿第三定律得,在C点轨道

    对小球的支持力大小为mg

    设小球过C点速度v1      

    P到C过程,由机械能守恒:   

解得:

(2)设小球能到达O点,由P到O,机械能守恒,到O点的速度v2:

                          

     设小球能到达轨道的O点时的速度大小为v0,则

               mg =       v0

              v2 >v0   所以小球能够到达O点。

小球在O点的速度

离开O点小球做平抛运动:

水平方向:        竖直方向: 

且有:       解得:

再次落到轨道上的速度

 

 

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