11.

图5-3-30

如图5-3-30所示,AB为半径R=0.8 m的1/4光滑圆弧轨道,下端B恰与小车右端平滑对接.小车质量M=3 kg,车长L=2.06 m,车上表面距地面的高度h=0.2 m.现有一质量m=1 kg的滑块,由轨道顶端无初速释放,滑到B端后冲上小车.已知地面光滑,滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.3,当车运行了1.5 s时,车被地面装置锁定.(g=10 m/s2)试求:

(1)滑块到达B端时,轨道对它支持力的大小;

(2)车被锁定时,车右端距轨道B端的距离;

(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小;

(4)滑块落地点离车左端的水平距离.

解析:(1)设滑块到达B端时速度为v,

由动能定理,得mgR=mv2

由牛顿第二定律,得FN-mg=m

联立两式,代入数值得轨道对滑块的支持力:FN=3mg=30 N.

(2)当滑块滑上小车后,由牛顿第二定律,得

对滑块有:-μmg=ma1

对小车有:μmg=Ma2

设经时间t两者达到共同速度,则有:v+a1t=a2t

解得t=1 s.由于1 s<1.5 s,此时小车还未被锁定,两者的共同速度:v′=a2t=1 m/s

因此,车被锁定时,车右端距轨道B端的距离:x=a2t2+v′t′=1 m.

(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块相对小车滑动的距离Δx=t-a2t2=2 m

所以产生的内能:E=μmgΔx=6 J.

(4)对滑块由动能定理,得-μmg(L-Δx)=mv″2-mv′2

滑块脱离小车后,在竖直方向有:h=gt″2

所以,滑块落地点离车左端的水平距离:x′=v″t″=0.16 m.

答案:(1)30 N (2)1 m (3)6 J (4)0.16 m

 0  281929  281937  281943  281947  281953  281955  281959  281965  281967  281973  281979  281983  281985  281989  281995  281997  282003  282007  282009  282013  282015  282019  282021  282023  282024  282025  282027  282028  282029  282031  282033  282037  282039  282043  282045  282049  282055  282057  282063  282067  282069  282073  282079  282085  282087  282093  282097  282099  282105  282109  282115  282123  447090 

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