题目内容

如图所示,ABDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AB是半径为R=15m的1/4

圆周轨道,半径OA处于水平位置,BDO是直径为15m的半圆轨道。一个小球P(可看成质点)从A点的正上方距水平半径OA高H=10m处自由落下,沿竖直平面内的轨道通过AB段。(取g=10m/s2。)

   (1)试讨论小球P能否到达BDO轨道的O点,并说明理由。若能,求出小球通过O点时对轨道的压力。

   (2)小球沿轨道运动后再次落到轨道上的速度的大小是多少?

(1)30N  方向竖直向上

(2)


解析:

(1)设小球能够沿竖直半圆轨道运动到O点的最小速度为vc,

有        得m/s                    --------2分

从H高处落下, 通过O点的速度为 ----2分

因为v0>vc 所以小球能过O点   过O点轨道对小球的作用力为F,有牛二定律得

          F= 30N                                   ---------2分

有牛顿第三定律可知,小球对轨道的作用力F’=F=30N  方向竖直向上        ………….1分

(2)小球通过O点后作平抛运动,设小球经时间t落到AB圆弧轨道上,

有                                                       - ----2分

有数学关系可得,且                                        ------2分

可解得时间t=1s  (另解舍弃)                                        --------2分

落到轨道上速度的大小                        -------------2分

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