问题 计算题

如图所示,一辆质量是m=2kg的平板车左端放有质量M=3kg的小滑块,滑块与平板车之间的动摩擦因数=0.4,开始时平板车和滑块共同以v0=2m/s的速度在光滑水平面上向右运动,并与竖直墙壁发生碰撞,设碰撞时间极短且碰撞后平板车速度大小保持不变,但方向与原来相反.平板车足够长,以至滑块不会滑到平板车右端.(取g=10m/s2)求:

(1)平板车每一次与墙壁碰撞后向左运动的最大距离.

(2)平板车第二次与墙壁碰撞前瞬间的速度v.

(3)为使滑块始终不会滑到平板车右端,平板车至少多长?

答案

(1)0.33m(2)(3)0.833m

(1)设第一次碰墙壁后,平板车向左移动s,速度为0.由于体系总动量向右,平板车速度为零时,滑块还在向右滑行.

动能定理   ①

   ②

代入数据得     ③

(3)假如平板车在第二次碰撞前还未和滑块相对静止,那么其速度的大小肯定还是2m/s,滑块的速度则大于2m/s,方向均向右.这样就违反动量守恒.所以平板车在第二次碰撞前肯定已和滑块具有共同速度v.此即平板车碰墙前瞬间的速度.

    ④

     ⑤

代入数据得   ⑥

(3)平板车与墙壁发生多次碰撞,最后停在墙边.设滑块相对平板车总位移为l,则有   ⑦

       ⑧

代入数据得     ⑨

l即为平板车的最短长度.

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