过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成,B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点,B、C间距与C、D间距相等,半径R1=2.0m、R2=1.4m。一个质量为m=1.0kg的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以v0=12.0m/s的初速度沿轨道向右运动,A、B间距L1=6.0m。小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠。重力加速度g=10m/s2,计算结果保留小数点后一位数字。试求
(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,轨道对小球作用力的大小;
(2)如果小球恰能通过第二圆形轨道,B、C间距应是多少;
(3)在满足(2)的条件下,如果要使小球不能脱离轨道,在第三个圆形轨道的设计中,半径应满足的条件;小球最终停留点与起点A的距离。
如图5-8所示,质量分别为mA="0.5" kg、mB="0.4" kg 的长板紧挨在一起静止在光滑的水平面上,质量为mC="0.1" kg的木块C以速度vC0="10" m/s滑上A板左端,最后C木块和B板相对静止时的共同速度vCB="1.5" m/s.求:
图5-8
(1)A板最后的速度vA;
(2)C木块刚离开A板时的速度vC.
如图5-7所示,总质量为M的大小两物体,静止在光滑水平面上,质量为m的小物体和大物体间有压缩着的弹簧,另有质量为2m的物体以v0速度向右冲来.为了防止碰撞,大物体将小物体发射出去,小物体和冲来的物体碰撞后黏合在一起.问小物体发射的速度至少应多大,才能使它们不再碰撞?
图5-7
如图5-2-11所示,一块足够长的木板,放在光滑的水平面上,在木板上自左向右放着序号是1、2、3、…n的木块,所有木块的质量均为m,与木板间的动摩擦因数都相同.开始时,木板静止不动,第 1、2、3、…n号木块的初速度分别是v0、2v0、3v0、…nv0,方向都向右,木板的质量与所有的木块的总质量相同,最终所有木块与木板以共同的速度匀速运动.设木块之间均无相互碰撞,木板足够长,求:
图5-2-11
(1)所有木块与木板一起匀速运动的速度vn;
(2)第1号木块与木板刚好相对静止时的速度v1;
(3)通过分析与计算说明第k号(k<n)木块的最小速度vk.
甲、乙两小孩各乘一辆小车在光滑水平面上匀速相向行驶,速率均为6 m/s,甲车上有质量m0="1" kg的小球若干个,甲和他的车及所带小球总质量为m1="50" kg,乙和他的车总质量为m2="30" kg.甲不断地将小球以16.5 m/s的对地水平速度抛向乙,并被乙接住,问甲至少要抛出多少个小球才能保证两车不相撞?(不考虑空气阻力)
下面是一个物理演示实验,它显示:如图5-2-9中自由下落的物体A和B经反弹后,B能上升到比初始位置高得多的地方.A是某种材料做成的实心球,质量m1="0.28" kg,在其顶部的凹坑中插着质量m2="0.10" kg的木棍B.B只是松松地插在凹坑中,其下端与坑底之间有小空隙.将此装置从A下端离地板的高度H="1.25" m处由静止释放.实验中,A触地后在极短时间内反弹,且其速度大小不变;接着木棍B脱离球A开始上升,而球A恰好停留在地板上.求木棍B上升的高度.重力加速度g取10 m/s2.
图5-2-9