一水平放置的圆环形刚性窄槽固定在桌面上,槽内嵌着三个大小相同的刚性小球,它们的质量分别为m1、m2、m3,且m2=m3= 2m1.小球与槽的两壁刚好接触且不计所有摩擦。起初三个小球处于如图- 25所示的等间距的I、II、III三个位置,m2、m3静止,m1以初速度
沿槽运动,R为圆环内半径与小球半径之和。已知m1以v0与静止的m2碰撞之后,m2的速度大小为2v0/3;m2与m3碰撞之后二者交换速度;m3与m1之间的碰撞为弹性碰撞:求此系统的运动周期T.
设经过
与
相碰,
------------------------① (1分)
设与
碰撞之后两球的速度分别为
、
在碰撞过程中由动量守恒定律得:
-------------------------------------------------------② (2分)
因,求得
,
方向与碰前速度方向相反. (1分)
设经过
与
相碰,
------------------------------------③ (1分)
设与
碰撞之后两球的速度分别为
、
,因
与
在碰撞后交换速度
所以 ,
(1分)
由碰后速度关系知,与
碰撞的位置在Ⅰ位置,设
经过
与
相碰,
-------------------------------------------⑦ (1分)
设与
碰撞后的速度分别为
,
,
由动量守恒和机械能守恒定律可得:
-------------------------------------⑧ (2分)
---------------------⑨ (2分)
联立⑤,⑥得:
或(舍) (2分)
设碰后经
回到Ⅱ位置,
---
-----------------------------⑩ (1分)
至此,三个小球相对于原位置分别改变了1200,且速度与最初状态相同。故再经过两个相同的过程,即完成一个系统的运动周期。
(4分)