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如下图所示,汽车质量为1.5×104kg,以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面,桥面圆弧半径为15m,如果桥面承受的最大压力不得超过2.0×105N,汽车允许的最大速率是多少?汽车以此速率驶过桥面的最小压力是多少?(g=10m/s2)

答案:
解析:

  首先要确定汽车在何位置时对桥面的压力最大,汽车经过凹形桥面时,向心加速度的方向向上,汽车处于超重状态;经过凸形桥面时,向心加速度方向向下,所以当汽车经过凹形桥面的最低点时如下图所示,汽车对桥面的压力最大.

  当汽车经过凹桥面最低点时,设桥面支持力为FN,由牛顿第二定律有

      -mg=

要求≤2.0×105N,解得允许的最大速度

      vm=7.07m/s

    由上面的分析可知,汽车经过凸桥顶点时对桥面的压力最小,设为.如上图

      mg-

解得    =1.0×105N.

  由牛顿第三定律知,等值反向.


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       B.在凹下的圆弧路面的底部,汽车对路面的压力为2Mg

       C.在经过凸起的圆弧路面的顶部后,汽车将做平抛运动

       D.在凹下的圆弧路面的底部,汽车的向心力为Mg

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