(1)物块离开桌面后做平抛运动,
竖直方向:vy=2gh,代入数据解得:vy=4
m/s,
3
设物块进入圆弧轨道时的速度方向与水平方向夹角为θ,
由几何知识可得:θ=60°,tanθ=
,代入数据解得:vD=4m/s;vy vD
(2)物块由P到N过程,由机械能守恒定律得:
m(vD2+vy2)+mgR(1-cos60°)=1 2
mvN2,1 2
在N点,由牛顿第二定律得:FN-mg=m
,
v
R
代入数据解得:FN=33.6N,
由牛顿第三定律可知,物块对轨道的压力:FN′=FN=33.6N,方向竖直向下;
(3)物块恰好到达M点,在M点重力提供向心力,
由牛顿第二定律得:mg=m
,
v
R
在整个过程中,由能量守恒定律得:
EP=Wf+
mvM2-mg[h+R(1-cos60°)-2R],1 2
代入数据解得:EP=6.4J;
答:(1)小物块飞离D点时速度vD大小为4m/s;
(2)小物块经过轨道最低点N时对轨道的压力大小为33.6N,方向竖直向下;
(3)始被压缩的弹簧的弹性势能EP至少为6.4焦耳.