如图所示,一水平直轨道CF与半径为R的半圆轨道ABC在C点平滑连接,AC在竖直方向,B点与圆心等高。一轻弹簧左端固定在F处,右端与一个可视为质点的质量为的小铁块甲相连。开始时,弹簧为原长,甲静止于D点。现将另一与甲完全相同的小铁块乙从圆轨道上B点由静止释放,到达D点与甲碰撞,并立即一起向左运动但不粘连,它们到达E点后再返回,结果乙恰回到C点。已知CD长为L1,DE长为L2,EC段均匀粗糙,ABC段和EF段均光滑,弹簧始终处于弹性限度内。
(1)求直轨道EC段与物块间动摩擦因素.
(2)要使乙返回时能通过最高点A,可在乙由C向D运动过程中过C点时,对乙
加一水平向左恒力,至D点与甲碰撞前瞬间撤去此恒力,则该恒力至少多大?
(1)设乙与甲碰前瞬间速度为,碰后瞬间速度为
,甲乙一起返回到D时速度为
.
乙从B到D有 ①-------(2分)
碰撞过程由动量守恒得 ②-------(2分)
甲乙从D到E再回到D有 ③--(3分)
乙从D到C 有 ④-------(3分)
联立解得
(2)设对乙加的最小恒力为F
从B到D有 ⑤-------(2分)
碰撞过程由动量守恒得 ⑥---(1分)
甲乙从D到E再回到D有 ⑦-(1分)
乙从D到A有 ⑧-------(2分)
在A点有 ⑨-------(2分)
联立⑤⑥⑦⑧⑨解得 --------------------(2分)