如图所示,半径为R、圆心为O的大圆环固定在竖直平面内,两个轻质小圆环套在大圆环上.一根轻质长绳穿过两个小圆环,它的两端都系上质量为m的重物,忽略小圆环的大小。
(1)将两个小圆环固定在大圆环竖直对称轴的两侧θ=30°的位置上(如图).在-两个小圆环间绳子的中点C处,挂上一个质量M=m的重物,使两个小圆环间的绳子水平,然后无初速释放重物M.设绳子与大、小圆环间的摩擦均可忽略,求重物M下降的最大距离.
(2)若不挂重物M.小圆环可以在大圆环上自由移动,且绳子与大、小圆环间及大、小圆环之间的摩擦均可以忽略,问两个小圆环分别在哪些位置时,系统可处于平衡状态?
质点沿着下图所示的边长为10 m的正方形路线,从A点开始逆时针方向运动,每秒运动5 m。问,从开始运动时计时,到下列表中所指三个时刻的三段时间内,质点运动的路程和位移各多大(填在表中相应空格中)?在图中画出三个位移矢量图。
如图所示,V形细杆AOB能绕其对称轴OO′转动,OO′沿竖直方向,V形杆的两臂与转轴间的夹角均为α=45°。两质量均为m=0.1kg的小环,分别套在V形杆的两臂上,并用长为l=1.2m、能承受最大拉力Fmax=4.5N的轻质细线连结,环与臂间的最大静摩擦力等于两者间弹力的0.2倍。当杆以角速度ω转到时,细线始终处于水平状态,取g=10m/s2。
(1)求杆转动角速度的最小值;
(2)将杆的角速度从(1)问中求得的最小值开始缓慢增大,直到细线断裂,求细线断裂时转动的角速度;
(3)求角速度从增大到
的过程中杆对每个环所做的功。
我国北方地区近年来遭遇严重的沙尘暴天气,现把沙尘上扬后的情况简化为如下情景:v为竖直向上的风速,沙尘颗粒被扬起后悬浮在空中(不动),这时风对沙尘的作用力相当于空气不动而沙尘以速度 v竖直向下运动时所受的阻力。此阻力可用下式表达其中
为一系数,A为沙尘颗粒的截面积,
为空气密度。(球体体积
)
(1)若沙粒的密度,沙尘颗粒为球形,半径为r,地球表面处空气密度
,试估算在地面附近上述v的最小值。
(2)假定空气密度随高度h的变化关系为
其中
为h
处的空气密度,C为一常量,试估算当
、扬沙稳定时的最大高度。(不考虑g随高度的变化)
在某中学举办的头脑奥林匹克竞赛中,有一个叫做“保护鸡蛋”的竞赛项目,要求制作一个装置,让鸡蛋从两层楼的高度落到地面且不被摔坏,如果没有保护,鸡蛋最多只能从0.1m的高度落到地面而不被摔坏;有一位同学设计了如图所示的一个装置来保护鸡蛋,用A、B两块较粗糙的夹板夹住鸡蛋,A夹板和B夹板与鸡蛋之间的摩擦力都为鸡蛋重力的5倍,现将该装置从距地面4m的高处落下,装置着地时间短且保持竖直不被弹起。取g=10m/s2,不考虑空气阻力,求:
(1)如果没有保护,鸡蛋直接撞击地面而不被摔坏,其速度最大不能超过多少?
(2)如果使用该装置,鸡蛋夹放的位置离装置下端的距离x至少为多少米?(保留三位有效数字)
已知某型号摩托车可以恒定加速度a1=4m/s2启动做匀加速运动,刹车时最大加速度为a2=8m/s2,要求该摩托车由静止开始在昼量短的时间内走定一段s=218m的直道,然后驶入一段半圆形的弯道,但在到达弯道时行驶车速最大为v2=20m/s,以免因离心作用而偏出弯道。求:
(1)摩托车在直道上的最大速度;
(2)摩托车在直道上行驶所用的最短时间。