图
(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=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?
解:(1)重物向下先做加速运动,后做减速运动,当重物速度为零时,下降的距离最大.设下降的最大距离为h,由机械能守恒定律得
Mgh=2mg[-Rsinθ]
解得 h= (另解h=0舍去)
(2)系统处于平衡状态时,两小环的可能位置为
a.两小环同时位于大圆环的底端.
b.两小环同时位于大圆环的顶端.
c.两小环一个位于大圆环的顶端,另一个位于大圆环的底端.
d.除上述三种情况外,根据对称性可知,系统如能平衡,则两小圆环的位置一定关于大圆环竖直对称轴对称.设平衡时,两小圆环在大圆环竖直对称轴两侧α角的位置上(如图所示).对于重物m,受绳子拉力T与重力mg作用,有T=mg
对于小圆环,受到三个力的作用,水平绳子的拉力T、竖直绳子的拉力T、大圆环的支持力N,两绳子的拉力沿大圆环切向的分力大小相等,方向相反Tsinα=Tsinα′ 得α=α′,而α+α′=90°,所以α=45°
答案:(1)h= (2)见解析
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A. B. C. D.2 s
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山地滑雪是人们喜爱的一项体育运动,一滑雪坡由AB和BC组成,AB是倾角为37°的斜坡,BC是半径为R=5 m的圆弧面,圆弧面和斜面相切于B,与水平面相切于C,如图5-12所示,AB竖直高度差h=8.8 m,运动员连同滑雪装备总质量为80 kg,从A点由静止滑下通过C点后飞落(不计空气阻力和轨道的摩擦阻力,g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).求:
(1)运动员到达C点的速度大小;
(2)运动员经过C点时轨道受到的压力大小.
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