题目内容

如下图所示,让摆球从图中的C位置由静止开始摆下,摆到最低点D处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动,到达小孔A进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑圆弧轨道,当摆球进入圆轨道立即关闭A孔.已知摆线长L=2m,θ=60°,小球质量为m=0.5kg,D点与小孔A的水平距离s=2m,g取10m/s2.试求:

(1)求摆线能承受的最大拉力为多大?

(2)要使摆球能进入圆轨道并且能够到达最高点,求粗糙水平面摩擦因数μ的范围.

(1)当摆球由C到D运动机械能守恒:mg(L-Lcos Ɵ)=mvD2(3分)

    由牛顿第二定律可得:Fm-mg=m(2分)

    可得:Fm =2mg=10N(2分)

(2)若小球能过圆轨道的最高点则不会脱离轨道,在圆周的最高点由牛顿第二定律可得:

mg=m   (3分)

由动能定理可得:-μ3mgs-2mgR= mv2-mvD2(4分)

解得:μ3=0.125       μ≤0.125(1分)

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