问题
计算题
如图所示的木板由倾斜部分和水平部分组成,两部分之间由一段圆弧面相连接,在木板的中间有位于竖直面内的光滑圆槽轨道,斜面的倾角为θ。现有10个质量均为m、半径均为r的均匀刚性球,在施加于1号球的水平外力F的作用下均静止,力F与圆槽在同一竖直面内,此时1号球球心距它在水平槽运动时的球心高度差为h。现撤去力F使小球开始运动,直到所有小球均运动到水平槽内,重力加速度为g。求:
(1)水平外力F的大小;
(2)1号球刚运动到水平槽时的速度;
(3)整个运动过程中,2号球对1号球所做的功。
答案
解:(1)以10个小球整体为研究对象,由力的平衡条件可得
得F=10mgtanθ
(2)以1号球为研究对象,根据机械能守恒定律可得
解得v0
(3)撤去水平外力F后,以10个小球整体为研究对象,利用机械能守恒定律可得
10mg(h+sinθ)=
·10mv
得
以1号球为研究对象,由动能定理得mgh+W=
得W=9mgrsinθ