Question

19．有一輛質(zhì)量m=800kg的小汽車行駛上圓弧為r=40m的拱橋，圓心O與右側(cè)平臺底部在同一高度上，不考慮空氣阻力，把汽車看成質(zhì)點，g取10m/s²，求：
（1）若汽車到達(dá)橋頂時速度為10m/s，則汽車對橋的壓力；
（2）汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時恰好對橋頂沒有壓力而騰空？
（3）汽車以問題2中的速度離開橋頂，剛好落到高h(yuǎn)=35m平臺上，則平臺與圓心O的水平距離x以及汽車落地時的速度．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)牛頓第二定律求出橋?qū)ζ�車的支持力，從而得出汽車對橋的壓力大�。?br />（2）當(dāng)壓力為零時，根據(jù)牛頓第二定律求出汽車的速度．
（3）根據(jù)高度求出平拋運動的時間，結(jié)合初速度和時間求出平臺和圓心0的水平距離，根據(jù)速度時間公式求出落地的豎直分速度，結(jié)合平行四邊形定則求出落地的速度．

解答 解：（1）根據(jù)牛頓第二定律得：$mg-N=m\frac{{{v}_{1}}^{2}}{R}$，
解得支持力為：N=mg-$m\frac{{{v}_{1}}^{2}}{R}$=8000-800×$\frac{100}{40}$N=6000N，
根據(jù)牛頓第三定律知，汽車對橋的壓力為6000N．
（2）當(dāng)壓力為零時，汽車會沒有壓力而騰空，根據(jù)mg=m$\frac{{v}^{2}}{r}$知：
v=$\sqrt{gr}=\sqrt{10×40}$m/s=20m/s．
（3）根據(jù)r-h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$得汽車平拋運動的時間為：
t=$\sqrt{\frac{2（r-h）}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×（40-35）}{10}}s=1s$，
平臺與圓心O的水平距離為：x=vt=20×1m=20m．
落地的豎直分速度為：v_y=gt=10×1m/s=10m/s，
根據(jù)平行四邊形定則知，落地的速度為：v=$\sqrt{{v}^{2}+{{v}_{y}}^{2}}=\sqrt{400+100}$m/s=$10\sqrt{5}$m/s．
答：（1）汽車對橋的壓力為6000N；
（2）汽車以20m/s速度經(jīng)過橋頂時恰好對橋頂沒有壓力而騰空；
（3）平臺與圓心O的水平距離為20m，汽車落地時的速度為$10\sqrt{5}$m/s．

點評 本題考查了圓周運動和平拋運動的綜合運用，知道平拋運動在水平方向和豎直方向上的運動規(guī)律以及圓周運動向心力的來源是解決本題的關(guān)鍵．