游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不会掉下来(如图甲).我们可以把它抽象成图乙所示的由

2022-08-04 社会 62阅读
(1)设小球在最低点的速度为V,由动能定理得:
       mgh=
1
2
mV2

       得V=
2gh
6gR

   (2)取小球为研究对象,小球在A点的速度为VA,设轨道对小球的弹力为F,
       由动能定理得:
       mg(h?2R)=
1
2
mVA2
       
      由向心力定义和牛顿第二定律得:
     F+mg=
mVA2
r

     联立得F=mg
       由牛顿第三定律得:小球对轨道的压力F′=mg
   (3)设小球刚好在A点的速度为V0,由向心力定义和牛顿第二定律得:
      mg=
mV02
R
即V0=
gR

      设小球从P点运动到A点的过程中克服摩擦和空气阻力所做的功W,由动能定理得:
       mg(h-2R)+W=
1
2
mV02

       得  W=-0.5mgR
      所以小球克服阻力做功0.5mgR
答:(1)小球通过最低点B时速度V=
6gR

    (2)小球通过A点时对圆轨道的压力F′=mg
    (3)小球从P点运动到A点的过程中克服摩擦和空气阻力所做的功为0.5mgR
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