如圖所示,一半徑R=0.2m的水平圓盤(pán)繞過(guò)圓心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng),圓盤(pán)邊緣有一質(zhì)量m=1.0kg的小滑塊。當(dāng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度達(dá)到某一數(shù)值時(shí),滑塊從圓盤(pán)邊緣滑落,經(jīng)光滑的過(guò)渡圓管(圖中圓管未畫(huà)出)進(jìn)入軌道ABC。已知AB段為光滑的弧形軌道,A點(diǎn)離B點(diǎn)所在水平面的高度h=1.2m ;BC斜面與AB軌道對(duì)接,傾角為37°,滑塊與圓盤(pán)及BC斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均μ=0.5,滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未脫離軌道,不計(jì)在過(guò)渡圓管處和B點(diǎn)的機(jī)械能損失, 最大靜摩擦力近似等于滑動(dòng)摩擦力,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8
(1)當(dāng)圓盤(pán)的角速度多大時(shí),滑塊從圓盤(pán)上滑落?
(2)若取圓盤(pán)所在平面為零勢(shì)能面,求滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能。
(3)從滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)起,經(jīng)0.6s正好通過(guò)C點(diǎn),求BC之間的距離。
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(1)滑塊在圓盤(pán)上做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),靜摩擦力充當(dāng)向心力,根據(jù)牛頓第二定律,可得:
μmg=mω2R 2分
代入數(shù)據(jù)解得:ω=
=5rad/s 2分
(2)滑塊在A點(diǎn)時(shí)的速度:VA=ωR=1m/s 2分
在B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能EB=mvA2/2 =0.5J 2分
(3)滑塊在從A到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒
mgh+ mvA2/2= mvB2/2 vB=5m/s 2分
滑塊沿BC段向上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大。篴1=g(sin37°+μcos37°)=10m/s2 1分
返回時(shí)的加速度大。篴2=g(sin37°-μcos37°)=2m/s2 1分
BC間的距離:sBC=vB2/2a1-1/2 a2(t-vB/a1)2=1.24m 2分
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如圖所示,一半徑r = 0.2m的1/4光滑圓弧形槽底端B與水平傳帶相接,傳送帶的運(yùn)行速度為v0=4m/s,長(zhǎng)為L(zhǎng)=1.25m , 滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,DEF為固定于豎直平面內(nèi)的一段內(nèi)壁光滑的中空方形細(xì)管,EF段被彎成以O(shè)為圓心、半徑R = 0.25m的一小段圓弧,管的D端彎成與水平傳帶C端平滑相接,O點(diǎn)位于地面,OF 連線豎直.一質(zhì)量為M=0.2kg的物塊a從圓弧頂端A點(diǎn)無(wú)初速滑下,滑到傳送帶上后做勻加速運(yùn)動(dòng),過(guò)后滑塊被傳送帶送入管DEF,管內(nèi)頂端F點(diǎn)放置一質(zhì)量為m=0.1kg的物塊b.已知a、b兩物塊均可視為質(zhì)點(diǎn),a、b橫截面略小于管中空部分的橫截面,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)滑塊a到達(dá)底端B時(shí)的速度vB;
(2)滑塊a剛到達(dá)管頂F點(diǎn)時(shí)對(duì)管壁的壓力;
(3)滑塊a滑到F點(diǎn)時(shí)與b發(fā)生完全非彈性正碰,飛出后落地,求滑塊a的落地點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x(不計(jì)空氣阻力)。
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