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有一只小虫重为G,不慎跌入一个碗中,如图所示,碗内壁为一半径为R的球壳的一部分,且其深度为D,碗与小虫脚间的动摩擦因数为μ.若小虫从右端顺利爬出碗口而不会滑入碗底,则D的最大值为多少?(用G、R、μ表示D)

D=(1-)R

解析:要使小虫顺利爬出碗口,只须小虫能到达碗边沿A,设碗边沿的半径与竖直方向夹角为φ,则(受力图如下)由平衡条件得:

N=Gcosφ                                                                     ①

f=Gsinφ                                                                      ②

又f=μN所以μ=tanφ

由几何关系有D=R(1-cosφ)                                                     ③

所以D=(1-)R.


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