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如图4-12所示,竖直圆筒内壁光滑,半径为R,顶部有入口A,在A的正下方h处有出口B,一质量为m的小球从入口A沿圆筒壁切线方向水平射入圆筒,要使球从B处飞出,小球进入入口A处的速度v0应满足什么条件?在运动过程中,球对筒的压力是多大?

图4-12

答案

思路分析:该题是圆周运动与自由落体运动相结合的题目,小球在竖直方向上只受重力,做自由落体运动,小球在水平方向筒壁的弹力提供小球做圆周运动的向心力.

解析:设小球下落时间为t,则h=,t=,要保证小球从B点射出,该段时间内小球转n圈,则t=,故v0=(n=1,2,3,…),小球做圆周运动需要的向心力F=,(n=1,2,3,…),由牛顿第三定律可知球对筒壁的压力为F′=(n=1,2,3,…),可化简得F′=2π2nRmg(n=1,2,3,…)

答案:v0=(n=1,2,3,…)

2nRmg(n=1,2,3,…)

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