题目内容
如图是一个由abc半圆、cd01半圆、01e02f四分之三圆组成的光滑轨道,01、02、03分别是三个圆周的圆心,a与b是轨道最右与最左点,b与d是轨道最低与最高点,最小圆半径为R. 现将一个质量为m的小球从距离a一定高度处自由释放。问:
(1)要是小球恰好能够完整通过此轨道,小球距离a点的释放高度h=? 计算出小球对轨道最大压力Fm=?
(2)假如将01e02f四分之三圆换成规格一样但粗糙的轨道,在(1)基础上,
小球恰好还能完整通过此轨道,求此过程摩擦力做功Wμ=?
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解答:(1)只受重力时d点临界速度
大于 f点的临界速度
,且d点高。
所以只要通过d就行,据机械能守恒定律:
mgh= mg2R +
得h =3R……………………………4分
超重阶段压力大,所以应该在下半圆的e点或b点,判断
对小球: mg(h+R)=
与 Fe –mg=
得Fe =9mg
mg(h+4R)=
与 Fb –mg=
得Fb =15mg
可见b点支持力最大为15mg,依牛三定律小球对轨道最大压力15mg ………4分
(2)根据临界速度
与
,由动能定理:
mgR + Wμ=
得Wμ=
……………………4分
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