问题
问答题
如图所示,固定在竖直平面内的光滑圆弧形轨道ABCD,半径为R,其A、C点与圆心等高,D点为轨道最高点.现使小球自A点正上方某处由静止释放,从A点进入圆轨道运动,小球恰好能通过D点.已知当地的重力加速度为g,不计空气阻力,试求:
(1)小球释放点到A点的高度h;
(2)小球通过C点时轨道对它的支持力N.
答案
(1)设小球的质量为m,通过C点和D点时的速度分别为vC和vD,由于小球恰好能通过D点,说明在D点轨道对小球的支持力为零,
根据牛顿第二定律可知mg=mvD2 R
根据机械能守恒定律可知mg(h-R)=
mvD2 1 2
联立解得h=
R3 2
(2)根据机械能守恒定律可知mgh=
mvC21 2
根据牛顿第二定律可知N=mvC2 R
联立解得小球通过C点时轨道对它的支持力 N=3mg.
答:(1)小球释放点到A点的高度h=
R.3 2
(2)小球通过C点时轨道对它的支持力为3mg.