现有固定的光滑直杆AB和光滑弧管道BC,两者在B处相切并平滑连接,O为圆心.O、A在同一条水平线上,OC竖直,管道BC的半径为R=0.5m.所对应的圆心角为53°.一中间穿孔,直径略小于管道BC内

时间:2024-04-30 21:06:25 5A范文网 浏览: 平时作业 我要投稿

问题描述:

现有固定的光滑直杆AB和光滑弧管道BC,两者在B处相切并平滑连接,O为圆心.O、A在同一条水平线上,OC竖直,管道BC的半径为R=0.5m.所对应的圆心角为53°.一中间穿孔,直径略小于管道BC内径,质量为m的小球,穿在直杆AB上.用绕过在O点的定滑轮的细线一端和小球相连,另一端与质量为M物块相连.将小球由A点静止释放,当小球运动到B处时使细线断裂,小球进入管道继续运动.且到达C点时速度恰好为零.已知sin53°=0.8.g取10m/s2.求:
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(1)小球运动到B点时的速度vB
(2)物块和小球质量的比值
M
m

(3)在其他条件不变的情况下,若仅改变
M
m
=7,则小球运动到C点时对管道的作用力.

最佳答案

(1)绳子断裂后,小球独自从B点运动到C点,由机械能守恒定律得:

1
2
mvB2=mgR(1-cos53°)?? ①
代入得:vB=2m/s
(2)绳子断裂时小球速度与绳垂直,由速度分解知识得,此时M速度为O,由系统机械能守恒得:Mg(
R
cos37°
-R)-mgRcos53°=
1
2
mvB2+0?? ②
解得:
M
m
=4
(3)小球由A点运动到B点过程机械能守恒
Mg(
1
2
mvB2-R)-mgRcos53°=
1
2
mvB2+0?? ③
小球B到C点过程机城能守恒-mgR(1-cos53°)=
1
2
mvC2+
1
2
mvB2? ④
设在C点对管对小球的作用力的方向向下,由牛顿第二定律得:N+mg=m
v2c
R
??? ⑤
解得:N=6.5mg
由牛顿第三定律得,小球对管的作用力大小为6.5mg
答:(1)小球运动到B点时的速度是2m/s;
(2)物块和小球质量的比值
M
m
是4;
(3)在其他条件不变的情况下,若仅改变
M
m
=7,则小球运动到C点时对管道的作用力是6.5mg.

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