【资料图】
如图,光滑竖直圆轨道和水平轨道平滑连接,A、B、C三点分别为轨道最低点、与圆心O等高点、最高点,圆轨道半径为。
滑块在A点以一定初速度冲上圆轨道:
当时,在B点或之前速度降为零;
令滑块质量为,滑块实时速度为,则所需向心力,重力沿半径方向分量,则压力,即压力始终大于零,有压力必接触,不脱轨。速度减为零之后在重力沿轨道切向分量作用下加速向下返回最低点(必然也不脱轨)。
由动能定理,令可得回落位置。
当时,能滑过B点;
所需向心力,重力沿半径方向分量,则有
当时,即,此时压力为零,之后由于速度不为零且有向上分量,故滑块继续向上运动,速度减小,所需向心力减小,而变小,增大,外力提供的向心力大于滑块所需的向心力,滑块做向心运动,即脱离圆轨道做斜抛运动。之前速度大且重力分量小所需向心力大于重力分量,压力,滑块未脱轨。
由动能定理,及,消去V可得和的关系,即得脱轨点。
当时,滑块始终不脱离轨道。
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