问题
计算题
雨滴在穿过云层的过程中,不断与漂浮在云层中的小水珠相遇并结合为一体,其质量逐渐增大。现将上述过程简化为沿竖直方向的一系列碰撞。已知雨滴的初始质量为m0,初速度为v0,下降距离l后与静止的小水珠碰撞且合并,质量变为m1。此后每经过同样的距离l后,雨滴均与静止的小水珠碰撞且合并,质量依次变为m2、m3……mn……(设各质量为已知量)不计空气阻力。
(1)若不计重力,求第n次碰撞后雨滴的速度v'n;
(2)若考虑重力的影响,
a.求第1次碰撞前、后雨滴的速度v1和v'1;
b.求第n次碰撞后雨滴的动能1/2mnv'n2。
答案
解:(1)不计重力,全过程中动量守恒,m0v0=mnv'n
得
(2)若考虑重力的影响,雨滴下降过程中做加速度为g的匀加速运动,碰撞瞬间动量守恒
a.第1次碰撞前
第1次碰撞后m0v1=m1v'1
①
b.第2次碰撞前v22=v12+2gl
利用①式化简得 ②
第2次碰撞后,利用②式得
同理,第3次碰撞后
……
第n次碰撞后
动能