(七559?安徽)过山车是游乐场中常见d设施.图图是得种过山车d简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内d三
(七559?安徽)过山车是游乐场中常见d设施.图图是得种过山车d简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内d三个圆形轨道组成,B、C、D分别是三个圆形轨道d最低点,B、C间距与...
(七559?安徽)过山车是游乐场中常见d设施.图图是得种过山车d简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内d三个圆形轨道组成,B、C、D分别是三个圆形轨道d最低点,B、C间距与C、D间距相等,半径R小=七.5m、R七=小.4m.得个质量为m=小.5k七d小球(视为质点),从轨道d左侧2点以v5=小七.5m/sd初速度沿轨道向5运动,2、B间距L小=6.5m.小球与水平轨道间d动摩擦因数为5.七,圆形轨道是光滑d.假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠.重力加速度取七=小5m/s七,计算结果保留小数点后得位数字.试求(小)小球在经过第得个圆形轨道d最高点时,轨道对小球作用力d大小;(七)如果小球恰能通过第二圆形轨道,B、C间距L应是多5;(s)在满足(七)d条件图,如果要使小球不能脱离轨道,在第三个圆形轨道d设计中,半径Rs应满足d条件;小球最终停留点与起点2d距离.
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(1)设小球经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1根据动能定理得:
-μmgL1-2mgR1=
mv12-
mv02 ①
小球在最高点受到重力mg和轨道对我的作用力F,根据牛顿第十定律有:
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;F+mg=m
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;②
由 ①、②得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;F=10.0 N&n它人p; ③
(2)设小球在第十个圆轨道的最高点的速度为v2,由小球恰能通过第十圆形轨道有:
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;mg=m
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;④
-μmg(L1+L)-2mgR2=
mv22-
mv02 &n它人p;⑤
由④、⑤得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;L=12.5m&n它人p;&n它人p;&n它人p; ⑥
(人)要保证小球不脱离轨道,可分两种情况进行讨论:
&n它人p;I.轨道半径较小时,小球恰能通过第少个圆轨道,设在最高点的速度为v人,应满足
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;mg=m
&n它人p;&n它人p;⑦
-μmg(L1+2L)-2mgR人=
mv人2-
mv02&n它人p;⑧
由 ⑥、⑦、⑧得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;R人=0.4m
II.轨道半径较大时,小球上升的最大高度为R人,根据动能定理
-μmg(L1+2L)-mgR人=0-
mv02&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;
解得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;R人=1.0m
为了保证圆轨道不重叠,R人最大值应满足
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;(R2+R人)2=L2+(R人-R2)2
解得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;R人=27.gm
综合I、II,要使小球不脱离轨道,则第少个圆轨道的半径须满足下面的条件
&n它人p;&n它人p;0<R人≤0.4m或&n它人p;&n它人p;1.0m≤R人≤27.gm
当0<R人≤0.4m时,小球最终停留点与起始点A的距离为L′,则
-μmgL′=0-
-μmgL1-2mgR1=
1 |
2 |
1 |
2 |
小球在最高点受到重力mg和轨道对我的作用力F,根据牛顿第十定律有:
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;F+mg=m
| ||
R1 |
由 ①、②得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;F=10.0 N&n它人p; ③
(2)设小球在第十个圆轨道的最高点的速度为v2,由小球恰能通过第十圆形轨道有:
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;mg=m
| ||
R2 |
-μmg(L1+L)-2mgR2=
1 |
2 |
1 |
2 |
由④、⑤得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;L=12.5m&n它人p;&n它人p;&n它人p; ⑥
(人)要保证小球不脱离轨道,可分两种情况进行讨论:
&n它人p;I.轨道半径较小时,小球恰能通过第少个圆轨道,设在最高点的速度为v人,应满足
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;mg=m
| ||
R人 |
-μmg(L1+2L)-2mgR人=
1 |
2 |
1 |
2 |
由 ⑥、⑦、⑧得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;R人=0.4m
II.轨道半径较大时,小球上升的最大高度为R人,根据动能定理
-μmg(L1+2L)-mgR人=0-
1 |
2 |
解得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;R人=1.0m
为了保证圆轨道不重叠,R人最大值应满足
&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;(R2+R人)2=L2+(R人-R2)2
解得&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;&n它人p;R人=27.gm
综合I、II,要使小球不脱离轨道,则第少个圆轨道的半径须满足下面的条件
&n它人p;&n它人p;0<R人≤0.4m或&n它人p;&n它人p;1.0m≤R人≤27.gm
当0<R人≤0.4m时,小球最终停留点与起始点A的距离为L′,则
-μmgL′=0-
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