问题
计算题
(9分)如图甲所示是游乐场中过山车的实物图片,图乙是由它抽象出来的理想化模型(圆形轨道与斜轨道之间平滑连接,不计摩擦和空气阻力)。已知圆轨道的半径为R,质量为m的小车(视作质点)从P点由静止沿斜轨道下滑,进入圆轨道后沿圆轨道运动。已知P点到圆轨道最低点B的高度差H=3R,通过计算说明小车能否顺利通过最高点A。若能顺利通过,小车在A点受到的压力有多大?
答案
设小车的质量为m,小车恰能过A点时的速度为v1,由牛顿第二定律得:
-----------------------(2分)
解得 -----------------------(1分)
设小车从P点滑至A点的速度为v2,根据机械能守恒,有:
-----------------------(2分)
解得 -----------------------(1分)
因为 ,所以小车能顺利通过A点 ---------------- (1分)
设小车在A点受到的压力为F,分析小车的受力情况得:
----------------------- (1分)
解得: ----------------------- (1分)
略