问题
计算题
如图所示,在同一竖直平面内两正对着的相 同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动。今在最低点与最高点各放一个压力传感器,测试小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当轨道距离变化时,测得两点压力差与距离x的图象如右图所示。(不计空气阻力,g取10m/s2)求:
(1)小球的质量;
(2)相同半圆光滑轨道的半径;
(3)若小球在最低点B的速度为20m/s,为使小球能沿光滑轨道运动,x的最大值。
答案
解:(1)设轨道半径为R,由机械能守恒定律得
①
在B点②
在A点③
由①②③式得两点的压力差:
④
由图象得:截距6mg=6,得m=0.1kg ⑤
(2)由④式可知:因为图线的斜率
所以R=2m⑥
(3)在A点不脱离的条件为⑦
由①⑥⑦三式和题中所给已知条件解得:x=15m⑧。