问题标题:
如图所示,质量为M的小车D静止在水平光滑的轨道上,一根长为L的细绳固定质量为m的球A,细绳的另一端固定在小车D上,另一根长为2L的细绳固定质量为2m的球B,另一端固定在O点,两细绳自
问题描述:
如图所示,质量为M的小车D静止在水平光滑的轨道上,一根长为L的细绳固定质量为m的球A,细绳的另一端固定在小车D上,另一根长为2L的细绳固定质量为2m的球B,另一端固定在O点,两细绳自由下垂时两小球正好相切,且两球心在同一水平高度上.现将球B拉至细绳水平伸长状态后松手,设A、B间碰撞时无机械能损失,重力加速度为g,问:
(1)球B在最低点时速度大小和细绳拉力的大小;
(2)碰撞作用后A球上升的最大高度h.
林昊翔回答:
(1)B球下摆机械能守恒,则得:
2mg•2L=$frac{1}{2}$×$2m{v}_{0}^{2}$
得:v0=2$sqrt{gL}$
根据牛顿第二定律:F-2mg=2m$frac{{v}_{0}^{2}}{2L}$
代人解得:F=6mg
(2)B球与A球碰撞,系统的动量和机械能守恒,取水平向右为正方向,则有:
2mv0=2mv1+mv2;
$frac{1}{2}$×2mv02=$frac{1}{2}$×2mv1+$frac{1}{2}$mv22;
联合解得:v2=$frac{4}{3}{v}_{0}$
A球上升时小车随之向右运动,系统水平方向动量守恒和机械能守恒,到最大高度时A球与小车速度相同,则有:
mv2=(m+M)v
$frac{1}{2}$mv22=$frac{1}{2}$(m+M)v2+mgh
联合解得:h=$frac{32ML}{9(M+m)}$
答:
(1)球B在最低点时速度大小是2$sqrt{gL}$,细绳拉力的大小是$frac{4}{3}{v}_{0}$;
(2)碰撞作用后A球上升的最大高度h是$frac{32ML}{9(M+m)}$.
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