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为什么斜坡的角度为45度时,圆柱形物体从上面滚下来的距离最远

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为什么斜坡的角度为45度时,圆柱形物体从上面滚下来的距离最远
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答案和解析

题设可以理解为:

在角度为α的斜坡上,高度H位置有一小球(圆柱体),由静止开始往下滑,斜坡摩擦系数为μ.

问当角度α为多少度时,小球到达斜坡底部时的速度最大? 

由受力分析得,N=mgcosα,故摩擦阻力f=μN=μmgcosα,

则斜面上加速度为a=(mgsinα-μmgcosα)/m=gsinα-μgcosα

 

斜坡长度为S=H/sinα

 

由公式2aS=V1²-0 得到 2(gsinα-μgcosα)H/sinα=V1²-0    算得 V1²=2gH(1-μ/tanα)

由于g、H、μ均为定值,只有α为变量,当且仅当α=45°时,tanα有最大数值1,此时V1有最大值,最大值为2gH(1-μ)