如图所示,AB是倾角为θ的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,圆弧的半径为R.一个质量为m的物

如图所示,AB是倾角为θ的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,圆弧的半径为R.一个质量为m的物体(可视为质点)从直轨道的P点由静止释放,结果它在两轨道之间做往复运动.已知P点与圆弧的圆心O等高,物体与轨道AB间的动摩擦因素为μ,求:
(1)物体做往复运动的过程中,在轨道AB上通过的总路程.
(2)物体对圆弧轨道最低点E的最小压力.
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IA245731776 幼苗

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(1)物体在直轨道AB上往复运动时,需克服摩擦阻力做功,机械能不断减小,当物体到达B点速度为零时,物体不能再进入直轨道AB,只在圆弧轨道上往复运动.
对物体从P到B速度为零的过程,由动能定理得mgRcosθ-μmgcosθ•s=0
所以s=
R
μ
(2)当物体只在圆弧轨道上往复运动经过E点时,物体对轨道上E点的压力最小,
由机械能守恒定律得mgR(1−cosθ)=
1
2mv2
由牛顿第二定律得FN−mg=m
v2
R
联立两式解得FN=mg(3-2cosθ)
由牛顿第三定律得,物体对轨道上E点的压力FN′=mg(3-2cosθ),方向竖直向下.
答:(1)在轨道AB上通过的总路程s=
R
μ
(2)物体对圆弧轨道最低点E的最小压力FN′=mg(3-2cosθ),方向竖直向下.

1年前

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