问题
问答题
如图所示,半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道安置在同一竖直平面上,轨道之间有一条水平轨道CD相通,一质量为m小球以一定的速度先滑上甲轨道,通过动摩擦因数为μ的CD段,又滑上乙轨道,最后离开两圆轨道,若小球在两圆轨道的最高点对轨道的压力都恰好为零,试求:
(1)进入甲轨道最低点C对轨道的压力;
(2)CD段的长度.

答案
(1)在甲轨道最高点,
由牛顿第二定律得:mg=m
,v 21 R
从C点到最高点过程中,
由动能定理得:-2mgR=
mv12-1 2
mvC2,1 2
在C点由牛顿第二定律得:FC-mg=m
,v 2C R
解得:vC=
,FC=6mg,5gR
由牛顿第三定律得,小球在C点对轨道的压力FC′=FC=6mg;
(2)小球在乙最高点,
由牛顿第二定律得:mg=m
,v 22 r
从D到最高点过程中,由动能定理得:
-2mgr=
mv22-1 2
mvD2,解得:vD=1 2
;5gr
从C到D过程中,由动能定理得:
-μmgsCD=
mvD2-1 2
mvC2,1 2
解得:sCD=
;5(R-r) 2μ
答:(1)进入甲轨道最低点C对轨道的压力为6mg;
(2)CD段的长度为
.5(R-r) 2μ