如图所示,在倾角θ=30°、足够长的斜面上分别固定着两个相距L=0.2 m的物体A、B,它们的质量mA=mB=1 kg,与斜面间的动摩擦因数分别为和。在t=0时刻同时撤去固定两物体的外力后,A物体将沿斜面向下运动,并与B物体发生连续碰撞(碰撞时间极短,忽略不计),每次碰后两物体交换速度。g取10 m/s2。求:
(1)A与B第一次碰后瞬间B的速率?
(2)从A开始运动到两物体第二次相碰经历多长时间?
(3)从A开始运动至第n次碰撞时A、B两物体通过的路程分别是多少?
解:A物体沿斜面下滑时:mAgsinθ-μAmAgcosθ=mAaA,所以aA=gsinθ-μAgcosθ
B物体沿斜面下滑时有:mBgsinθ-μBmBgcosθ=mBaB,所以aB=gsinθ-μBgcosθ
(1)由上面可知,撤去固定A、B的外力后,物体B恰好静止于斜面上,物体A将沿斜而向下做匀加速直线运动
A与B第一次碰撞前的速度
故A、B第一次碰后瞬间,B的速率v'B1=vA1=1 m/s
(2)从A开始运动到第一次碰撞用时:
两物体相碰后,A物体的速度变为零,之后再做匀加速运动,而B物体将以v'B1=1 m/s的速度沿斜面向下做匀速直线运动
设再经t2时间相碰,则有
解之可得t2=0.8 s
故从A开始运动到两物体第二次相碰,共经历时间t=t1+t2=0.4 s+0.8 s=1.2 s
(3)碰后A、B交换速度,碰后B的速度均要比A的速度大1 m/s
,即
从第2次碰撞开始,每次A物体运动到与B物体碰撞前,速度增加量均为△v=a△t=2.5×0.8 m/s=2 m/s。由于碰后速度交换,因而碰后B物体的速度为:
第一次碰后:vB1=1 m/s
第二次碰后:vB2=2 m/s
第三次碰后:vB3=3 m/s
……
第n次碰后:vBn=n m/s
每段时间内,B物体都做匀速直线运动,则第n次碰时所运动的距离为n-1)
A物体比B物体多运动L长度,则