如图所示,内壁光滑的木槽质量为mA=m,内直径为2L,置于水平桌面上,槽与桌面间的动摩擦因数为μ.槽内有两个小球B、C,它们的质量分别是mB=m,mC=2m.现用两球将很短的轻弹簧压紧(球与弹簧不连接),且B球到木槽左端、C球到木槽右端的距离均为L,这时弹簧的弹性势能为EP=μmgL.同时释放B、C球,并假设小球与槽碰撞后不分离,碰撞时间不计.求:
(1)第1个小球与槽碰撞后的共同速度?
(2)第2个小球与槽碰撞后的共同速度?
(3)整个运动过程中,桌面与槽摩擦产生的热量?
(1)释放瞬间:mBvB=mCvC
EP=
mBvB2+1 2
mCvC21 2
解得:vB=
μgL4 3
vC=
μgL1 3
物体B经时间t1=
=L vB
先与木槽A相撞 3L 4μg
有:mBvB=(mA+mB)v1共
解得:v1共=μgL 3
小球与槽碰撞后的共同速度为
;μgL 3
(2)木槽A与B球相撞后,一起向左匀减速运动,加速度a=
=2μgμ(mA+mB+mC)g mA+mB
木槽A和球B相撞后速度减为0的时间t2=
=v1共 a L 12μg
在(t1+t2)这段时间内,物体C和槽移动的距离之和为:s=vC(t1+t2)+
v1共t2=1 2
L<L所以在C 与A相撞前A已停止运动3 4
再经过一段时间,球C和木槽相撞,有:mCvC=(mA+mB+mC)v2共
解得v2共=
,方向水平向左.μgL 12
小球与槽碰撞后的共同速度为
,方向水平向左;μgL 12
(3)第一次相撞后A与B的总动能全都转化为为摩擦热Q1=Ek1=
(mA+mB)v1共2=1 2
μmgL1 3
第二次相撞后系统的总动能全都转化为为摩擦热Q2=Ek2=
(mA+mB+mC)v2共2=1 2
μmgL1 6
整个过程中桌面和木槽因摩擦而产生的热量为Q=Q1+Q2=
μmgL1 2
桌面与槽摩擦产生热量为
μmgL.1 2