某同学设计了一款益智类的儿童弹射玩具,模型如图所示,段是长度连续可调的竖直伸缩杆,
BCD段是半径为
R的四分之三圆弧弯杆,
DE段是长度为2
R的水平杆,与
AB杆稍稍错开。竖直标杆内装有下端固定且劲度系数较大的轻质弹簧,在弹簧上端放置质量为
m的小球。每次将弹簧的长度压缩至
P点后锁定,设
PB的高度差为
h,解除锁定后弹簧可将小球弹出。在弹射器的右侧装有可左右移动的宽为2
R的盒子用于接收小球,盒子的左端最高点
Q和
P点等高,且与
E的水平距离为
x,已知弹簧锁定时的弹性势能
Ep=9
mgR,小球与水平杆的动摩擦因
μ=0.5,与其他部分的摩擦不计,不计小球受到的空气阻力及解除锁定时的弹性势能损失,不考虑伸缩竖直轩粗细变化对小球的影响且管的粗细远小于圆的半径,重力加速度为
g。求:
(1)当
h=3
R时,小球到达管道的最高点
C处时的速度大小
vc;
(2)在(1)问中小球运动到最高点
C时对管道作用力的大小;
(3)若
h连续可调,要使该小球能掉入盒中,求
x的最大值?
