對于沒有摩擦的情況,@龍雷已經給出了正確答案。 事實上,在沒有摩擦力的情況下,水平速度確實是最大的。
現在我補充一下有摩擦時的計算方法:
(注意我對角度的定義略有不同)
考慮最一般的情況:
球的角加速度與摩擦力有關:
點歐米伽=fR/J
球加速度
dot v=(mg sintheta - f)/m
球的向心力
毫克costheta-N=mv^2/R
球位置變化
dottheta=v/R
注意,θ是球中心相對于邊緣的位置角滑動摩擦力計算公式,ω是球自身旋轉的角速度。 如果發生滑動摩擦,兩者之間沒有直接關系。
有5個未知量,球的位置角度、速度、角速度、支撐力、摩擦力和4個方程。
根據情況添加等式:
如果是靜摩擦力,則有:
v=Romega
如果是滑動摩擦力,則有:
f=μN
如果沒有摩擦力滑動摩擦力計算公式,則:
f=0
所以有5個方程和5個未知量可以計算。 計算比較麻煩物理資源網,可以通過數值計算。 當存在摩擦時,典型的結果是:
從靜摩擦開始,支撐力逐漸減小,摩擦力逐漸增大。 在某個時刻,靜摩擦力達到最大靜摩擦力,然后球和邊緣開始滑動。 摩擦力轉變為滑動摩擦并突然減小,直至支撐力為0,球脫離邊緣。