15.
如图，质量为 $M$ 的匀质凹槽放在光滑水平地面上，凹槽内有一个半椭圆形的光滑轨道，椭圆的半长轴和半短轴分别为 $a$ 和 $b$ ，长轴水平，短轴坚直。质量为 $m$ 的小球，初始时刻从椭圆轨道长轴的右端点由静止开始下滑。以初始时刻椭圆中心的位置为坐标原点，在坚直平面内建立固定于地面的直角坐标系 $x O y$ ，椭圆长轴位于 $x$ 轴上。整个过程凹槽不翻转，重力加速度为 $g$ 。
（1） 小球第一次运动到轨道最低点时，求凹槽的速度大小以及凹槽相对于初始时刻运动的距离；
（2） 在平面直角坐标系 $x O y$ 中，求出小球运动的轨迹方程；
（3） 若 $\frac{M}{m}=\frac{b}{a-b}$ ，求小球下降 $h=\frac{b}{2}$ 高度时，小球相对于地面的速度大小（结果用 $a , b$ 及 $g$ 表示）。
参考答案(1) $v_{2}=\sqrt{\frac{2 m^{2} g b}{M^{2}+M m}}, x_{2}=\frac{m}{M+m} a$; (2) $\frac{[x(M+m)-m a]^{2}}{M^{2} a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1$; (3) $2 b \sqrt{\frac{g}{a+3 b}}$
