问题
计算题
如图所示,两根足够长的平行金属导轨由倾斜和水平两部分平滑连接组成,导轨间距,倾角θ=45°,水平部分处于磁感应强度的匀强磁场中,磁场方向竖直向上,磁场左边界MN与导轨垂直。金属棒质量,电阻,金属棒质量,电阻,导轨电阻不计,两棒与导轨间动摩擦因数。开始时,棒放在斜导轨上,与水平导轨高度差,棒放在水平轨上,距MN距离为。两棒均与导轨垂直,现将棒由静止释放,取。求:
(1)棒运动到MN处的速度大小;
(2)棒运动的最大加速度;
(3)若导轨水平部分光滑,要使两棒不相碰,棒距离MN的最小距离。
答案
解:(1)对运用动能定理得
(2)棒运动到MN处,加速度最大
,
(3)在不相碰的情况下,两棒最终速度必相等,设为
对棒有
对棒有
任一时刻有
故得
设某时刻的速度为的速度为,在极小的内,速度变化为
,
由牛顿运动定律有
得
两棒在水平导轨运动的相对位移,即为两棒不相碰的最小距离,故有