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題目:
一質量為m的小球從高為H處自由下落,進入一豎直放置的半徑為R的圓柱形容器中,容器內壁光滑,求小球進入容器后的速度。
答案:
根據自由落體運動規律,小球下落H時的速度為:
v = sqrt(2gH)
小球進入容器后做圓周運動,受到重力和容器內壁的支持力,合力提供向心力。根據牛頓第二定律,有:
mg - N = mv^2/R
其中N為容器內壁對小球的彈力。將速度帶入上式可得:
N = mg - mv^2/R = mg - (sqrt(2gH))^2/R = mg - 2gH/R
由于內壁光滑,所以支持力與小球的運動方向垂直,即支持力不做功,因此小球的速度僅由重力決定。
所以小球進入容器后的速度為sqrt(2gH)。