(2012?泰州二号模具)是一个游戏滑轨的模拟装置,放置在如图所示的垂直平面内,滑轨由四根粗细均匀的金属杆组成。
解:解:(1)从B点到轨道最高点需要能量:
ek0 = mgR(1-cosθ)+mgl sinθ+μmgl cosθ
代入解法:Ek0=30J。
从最高点向左返回B点,设置剩余动能EkB。
EkB = mg2R-mgr(1+cosθ)-μmgL = 12J
说明只要球能从点上升到最高点,就能回到B点,初始动能EK0至少要30J才能使球完成一轮运动回到B点。
(2)当球第一次回到B点时,其动能为12J。当球沿BA向上移动到最高点,与B点的距离为X时,有:
EkB=μmgXcosθ+mgXsinθ
X=1813m<3m
球转过身,向下移动。当球第二次到达D点时,动能为:
EKD = mgr(1+cosθ)+mgx sinθ-μmgx cosθ-μmgL = 12.6j
球第二次到达D点后能量为12.6J,沿DP弧线上升一段时间后回到DC段,C点只剩2.6J。
所以球不能继续上升到B点,滑到BQC的某个地方开始下滑,然后球由于摩擦力最终停在CD上的某个点。
由动能定理可知:EKD=μ?名爵?x
CD上可用球移动的距离是:x = 3.78米。
球通过CD段的总距离为:x total = 2l+x = 9.78m。
答案:(1)要使球完成一周运动,回到B点,初始动能EK0至少要30J..
(2)球第二次到达D点时的动能为12.6J,球在CD段上运动的总距离为9.78 m .