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某同学设计了一个如图所示的游乐模型,高度为R的竖直圆筒轨道衔接一个半径为2R的四分之一圆形内轨,在圆筒的底部安装一个由高强度弹簧构成的弹射装置,此装置在很短的时间内能把安全囊(包括在里面的游人)以一定...
题目内容:
某同学设计了一个如图所示的游乐模型,高度为R的竖直圆筒轨道衔接一个半径为2R的四分之一圆形内轨,在圆筒的底部安装一个由高强度弹簧构成的弹射装置,此装置在很短的时间内能把安全囊(包括在里面的游人)以一定的速度弹出,使安全囊从圆内轨的最高点P水平飞出,接着飞入如图所示的缓冲装置。安全囊质量为m(当作质点),缓冲装置的纵截面可以看作由两个斜面AB、CD和一段光滑圆弧BC组成,安全囊与斜面间的动摩擦因数为0.25,两斜面的倾角θ均为37°,AB=CD=2R,A、D等高,D端固定一小挡板,与其碰撞不损失机械能。安全囊始终在同一个竖直平面内运动,重力加速度为g,圆筒轨道和圆形内轨均不计摩擦,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
(1)如果安全囊恰好能经P点飞出,且恰好沿AB斜面进入缓冲装置,应调节缓冲装置底部支架高度使斜面的A点(D点)距地面的高度为多少?
(2)接(1)问,假设高强度弹簧构成的弹射装置行程很小,可以认为是零,即安全囊离开地面时的起点高度近似为零,则弹射装置至少需要具有多少弹性势能?
(3)接(1)问,试通过计算描述安全囊进入缓冲装置后的运动过程.
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