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題目:
一個質量為$m$的小球,從半徑為$R$的光滑圓弧軌道上由靜止開始下滑,到達最低點時對軌道的壓力為$F_{N}$。求:
1.小球到達最低點時的速度大小;
2.小球到達最低點時對軌道的壓力大小。
分析:
小球從光滑圓弧軌道上由靜止開始下滑,機械能守恒,根據機械能守恒定律列式求解。
解題過程:
【分析】
小球從光滑圓弧軌道上由靜止開始下滑,機械能守恒,根據機械能守恒定律列式求解速度和壓力。
【解答】
(1)由機械能守恒定律得:$mgR = \frac{1}{2}mv^{2}$
解得:$v = \sqrt{2gR}$
(2)在最低點,根據牛頓第二定律得:$F_{N} - mg = m\frac{v^{2}}{R}$
解得:$F_{N} = mg + m\frac{v^{2}}{R} = 3mg$
答:小球到達最低點時的速度大小為$\sqrt{2gR}$;小球到達最低點時對軌道的壓力大小為$3mg$。