(17分)
如图17所示,固定的凹槽水平表面光滑,其内放置U形滑板N,滑板两端为半径R=0.45m的1/4圆弧面,A和D分别是圆弧的端点,BC段表面粗糙,其余段表面光滑.小滑块P1和P2的质量均为m,滑板的质量M=4m.P1和P2与BC面的动摩擦因数分别为μ1=0.10和μ2=0.40,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力.开始时滑板紧靠槽的左端,P2静止在粗糙面的B点.P1以v0=4.0m/s的初速度从A点沿弧面自由滑下,与P2发生弹性碰撞后,P1处在粗糙面B点上.当P2滑到C点时,滑板恰好与槽的右端碰撞并牢固粘连,P2继续滑动,到达D点时速度为零.P1与P2视为质点,取g=10m/s2,问:
(1)P1在BC段向右滑动时,滑板的加速度为多大?
(2)BC长度为多少?N、P1、P2最终静止后,P1与P2间的距离为多少?
(1)
(2);
(1)P1滑到最低点速度为,由机械能守恒定律有:
,解得:
P1、P2碰撞,满足动量守恒,机械能守恒定律,设碰后速度分别为、
,
解得:,
=5m/s
P2向右滑动时,假设P1保持不动,对P2有:(向左)
对P1、M有:,
此时对P1有:,所以假设成立.
(2)P2滑到C点速度为,由
,得
P1、P2碰撞到P2滑到C点时,设P1、M速度为v,对动量守恒定律:
,解得:
对P1、P2、M为系统:
代入数值得:
滑板碰后,P1向右滑行距离:
P2向左滑行距离:
所以P1、P2静止后距离: