解答:解:(1)根據(jù)動(dòng)能定理研究小鐵環(huán)從細(xì)桿的底部以一定的初速度開始向上運(yùn)動(dòng)且剛好能到達(dá)箱頂?shù)倪^程得:
-mgH-fs=0-
mv
02 h=12.5m
(2)設(shè)第一次沿桿上升到達(dá)桿頂用時(shí)t
1,速度為v
1:
小鐵環(huán)從桿頂?shù)竭_(dá)箱頂做一段勻減速運(yùn)動(dòng),到達(dá)箱頂速度為零.
根據(jù)
v2=2ax得:
v
1=
=5.0m/s
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律x=
t得
t
1=
=1.0s
第一次離開桿頂?shù)椒祷貤U頂用時(shí)t
2:
t
2=
=1.0s
第一次從桿頂滑到桿底速度為v
2,沿桿下滑用時(shí)t
3:
由動(dòng)能定理研究小環(huán)從箱頂?shù)綏U底的過程:mgH-fh=
mv
22v
2=5
m/s=12.3m/s
t
3=
=(
-1)s=1.5s
隔離直筒,對其受力分析,根據(jù)平衡條件和牛頓第三定律得:
直筒對地面的壓力大小F分別為:
0~1.0s:→F
1=Mg-f=490N
1.0s~2.0s→F
2=Mg=500N
2.0s~3.5s→F
3=Mg+f=510N
如圖.
(3)小環(huán)反彈后第二次能升到桿頂在桿底所需要的初動(dòng)能
E
k0=mgh+fh=2×10×12.5+10×12.5=375J
小環(huán)第一次滑到桿底的動(dòng)能為E
K2E
K2=
m
=150.0J
可知:E
K2<E
k0 所以小環(huán)只能越過桿頂一次,
設(shè)小環(huán)在桿上反復(fù)滑行的總路程為s,由動(dòng)能定理:
-fs=-
m
得:s=15.0m
總路程:s′=2H+s=42.5m
答:(1)直筒內(nèi)細(xì)桿長h為12.5m,
(2)見上圖
(3)小環(huán)從開始運(yùn)動(dòng)到最終停止在筒底,所走過的總路程是42.5m.