如图所示,ABC和DEF是在同一竖直平面内的两条光滑轨道,其中ABC的末端水平,DEF是半径为r=0.4m的半圆形轨道,其直径DF沿竖直方向,C、D可看作重合.现有一质量m=0.1kg,可视为质点的小球从轨道ABC上的A点由静止释放,若小球经C处后恰能沿轨道DEF做圆周运动,(取g=10m/s2),求:
(1)小球释放点A距C点的竖直高度H;
(2)小球到达F点时对轨道的压力是多大?
(1)小球从ABC轨道下滑,机械能守恒,设到达C点时的速度大小为v.则:
mgH=[1/2mv2
小球恰能在竖直平面内做圆周运动,在圆周最高点必须满足:mg=m
v2
r]
联立上两式解得:H=0.2m
(2)小球由A到F,由机械能守恒有:mg(H+2r)=[1/2m
v2F]
在F点,对小球,由牛顿第二定律:F-mg=m
v2F
r
解得:F=6N
由牛顿第三定律得,小球对轨道的压力为F′=F=6N
答:
(1)小球释放点A距C点的竖直高度H是0.2m;
(2)小球到达F点时对轨道的压力是6N.
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