题目内容
如图所示,一轻绳吊着粗细均匀的棒,棒下端离地面高H,上端套着一个细环。棒和环的质量均为m,相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg(k>1)。断开轻绳,棒和环自由下落。假设棒足够长,与地面发生碰撞时,触地时间极短,无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直,空气阻力不计。求:
(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中,环的加速度。
(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间,棒运动的路程S。
(3)从断开轻绳到棒和环都静止,摩擦力对环及棒做的总功W。
见解析
解析:
(1)设棒第一次上升过程中,环的加速度为![]()
环受合力 ![]()
由牛顿第二定律 ![]()
联立解得
,方向竖直向上
(2)设以地面为零势能面,向上为正方向,棒第一次落地的速度大小为
,由机械能守恒得
![]()
解得![]()
设棒弱起后的加速度![]()
由牛顿第二定律 ![]()
棒第一次弹起的最大高度 ![]()
解得![]()
棒运动的路程 ![]()
(3)解法一
棒第一次弹起经过
时间与环达到相同速度![]()
环的速度 ![]()
棒的速度 ![]()
环的位移 ![]()
棒的位移 ![]()
![]()
棒环一起下落至地
![]()
解得![]()
同理,环第二次相对棒的位移
![]()
……
环相对棒的总位移
![]()
得![]()
解法二:
设环相对棒滑动距离为![]()
根据能量守恒有
![]()
摩擦力对棒及环做的总功
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解得![]()
练习册系列答案
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