25.(20分)如图所示,一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动,圆盘边缘有一质量m=1.0kg的小滑块。当圆盘转动的角速度达到某一数值时,滑块从圆盘边缘滑落,经光滑的过渡圆管进入轨道ABC。以知AB段斜面倾角为53°,BC段斜面倾角为37°,滑块与圆盘及斜面间的动摩擦因数均μ=0.5 ,A点离B点所在水平面的高度h=1.2m。滑块在运动过程中始终未脱离轨道,不计在过渡圆管处和B点的机械能损失,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,取
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g=10m/s,sin37°=0.6; cos37°=0.8
(1)若圆盘半径R=0.2m,当圆盘的角速度多大时,滑块从圆盘上滑落? (2)若取圆盘所在平面为零势能面,求滑块到达B点时的机械能。
(3)从滑块到达B点时起,经0.6s 正好通过C点,求BC之间的距离。
(1)滑块在圆盘上做圆周运动时,静摩擦力充当向心力,根据牛顿第二定律,可得:
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μmg=mωR
代入数据解得:ω=ug/R=5rad/s
(2)滑块在A点时的速度:UA=ωR=1m/s
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从A到B的运动过程由动能定理:mgh-μmgcos53°·h/sin53°=1/2mvB-1/2mvA
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在B点时的机械能EB=1/2mvB-mgh=-4J (3)滑块在B点时的速度:vB=4m/s
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滑块沿BC段向上运动时的加速度大小:a3=g(sin37°+ucos37°)=10m/s
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返回时的速度大小:a2=g(sin37°-ucos37°)=2m/s
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BC间的距离:sBC=vB/2a1-1/2a2(t-uR/a1)=0.76m