如图所示的“s”形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯

 

如图所示的“s”形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,放置在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆对接而成,圆的半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切,轨道在水平方向不可移动。弹射装置将一个小球(其直径略小于细管的内径)从a点水平射出,并从b点进入轨道,经过轨道后从最高点d水平抛出(抛出后小球不会再碰轨道),已知小球与地面ab段间的动摩擦因数为=0.2,不计其它机械能损失,ab段长L=1.25 m,圆的半径R=0.1 m,小球质量m=0.01kg,轨道质量为M=0.26 kg,g=l0m/s2,求:

  (1)若在a点弹射装置对小球水平的瞬时冲量I=0.05N·s,求小球从最高点d抛出后的水平射程。

 
   (2)设小球进入轨道之前,轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力,若小球经过两半圆的对接处c点时,轨道对地面的压力恰好为零,则小球在a点的速度v0为多大。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

答案

 解:(1)由动量定理可知,I=mv0—0  …………2分

设小球到达d点处速度为v,由动能定理,得

   ………………4分

小球由d点做平抛运动,有  ………………1分

  …………1分

 
联立①②③并代入数值,解得小球从最高点d抛出后的水平射程:

  ………………1分

  (2)设小球到达c点处速度为vc,由动能定得,得

  ………………4分

当小球通过c点时,由牛顿第二定律得

  …………2分

要使轨道对地面的压力为零,有  ………………2分

解得小球的最小速度: …………1分

 

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