Question

【題目】某電視臺(tái)“快樂向前沖”節(jié)目中的場(chǎng)地設(shè)施如圖所示，AB為水平直軌道，上面安裝有電動(dòng)懸掛器，可以載人運(yùn)動(dòng)，水面上漂浮著一個(gè)半徑為R、角速度為ω，鋪有海綿墊的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的軸心離平臺(tái)的水平距離為L(zhǎng)，平臺(tái)邊緣與轉(zhuǎn)盤平面的高度差為H。選手抓住懸掛器，可以在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下，從A點(diǎn)下方的平臺(tái)邊緣處沿水平方向做初速度為零，加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。選手必須做好判斷，在合適的位置釋放，才能順利落在轉(zhuǎn)盤上。設(shè)人的質(zhì)量為m(不計(jì)身高大小)，人與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為μmg，重力加速度為g。

(1)假設(shè)選手落到轉(zhuǎn)盤上瞬間相對(duì)轉(zhuǎn)盤速度立即變?yōu)榱悖瑸楸ＷC他落在任何位置都不會(huì)被甩下轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的角速度ω應(yīng)限制在什么范圍？

(2)若已知H＝5 m，L＝8 m，a＝2 m/s2，g取10 m/s2，且選手從某處C點(diǎn)釋放能恰好落到轉(zhuǎn)盤的圓心上，則他是從平臺(tái)出發(fā)后多長(zhǎng)時(shí)間釋放懸掛器的？

Answer 1

【答案】(1)ω≤ (2)2 s

【解析】(1)設(shè)選手落在轉(zhuǎn)盤邊緣也不至被甩下，最大靜摩擦力提供向心力，

則有：μmg≥mω2R ①

即轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度應(yīng)滿足ω≤ ②

(2)設(shè)水平加速段位移為x1，時(shí)間為t1；平拋時(shí)水平位移為x2，時(shí)間為t2

則加速時(shí)有x1＝a ③

v＝at1 ④

平拋運(yùn)動(dòng)階段x2＝vt2 ⑤

H＝g ⑥

全程水平方向：x1＋x2＝L ⑦

代入已知各量數(shù)值，聯(lián)立以上各式解得t1＝2 s ⑧