过山车是游乐场中常见的设施。图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成,
、
、
分别是三个圆形轨道的最低点,
、
间距与
、
间距相等,半径
、
。一个质量为
g的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以
的初速度沿轨道向右运动,
、
间距
。小球与水平轨道间的动摩擦因数
,圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠。重力加速度取
,计算结果保留小数点后一位数字。试求
(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,轨道对小球作用力的大小;
(2)如果小球恰能通过第二个圆形轨道,
、
间距
应是多少;
(3)在满足(2)的条件下,如果要使小球不脱离轨道,在第三个圆形轨道的设计中,半径
应满足的条件;小球最终停留点与起点
的距离。