问题 问答题

如图所示,静置于水平地面的三辆手推车沿一直线排列,质量均为m,人在极短时间内给第一辆车一水平冲量使其运动,当车运动了距离L时与第二辆车相碰,两车以共同速度继续运动了距离L时与第三车相碰,三车以共同速度又运动了距离L时停止.车运动时受到的摩擦阻力恒为车所受重力的k倍,重力加速度为g,若车与车之间仅在碰撞时发生相互作用,碰撞时间很短,忽略空气阻力,求:

(1)整个过程中摩擦阻力所做的总功;

(2)人给第一辆车水平冲量的大小;

(3)第一次与第二次碰撞系统功能损失之比.

答案

(1)设运动过程中摩擦阻力做的总功为W,则W=-kmgL-2kmgL-3kmgL=-6kmgL;

即整个过程中摩擦阻力所做的总功为-6kmgL.

(2)设第一车初速度为u0,第一次碰前速度为v1,碰后共同速度为u1;第二次碰前速度为v2,碰后共同速度为u2;人给第一车的水平冲量大小为I.

由动能定理,对三段减速过程列式

-kmgL=

1
2
m
v21
-
1
2
m
u20

-2kmgL=

1
2
(2m)
v22
-
1
2
(2m)
u21

-3kmgL=0-

1
2
(3m)
u22

由动量守恒定律对两次碰撞过程列式

mv1=2mu1

2mv2=3mu2

人推车过程,由动量定理列式

I=mu0-0

联立以上六式,解得:I=2m

7kgL

即人给第一辆车水平冲量的大小为2m

7kgL

(3)设两次碰撞中系统动能损失分别为△Ek1和△Ek2

△Ek1=

1
2
(2m)u12-
1
2
mv12=
13
2
kmgL

△Ek2

1
2
(3m)u22-
1
2
(2m)v22=
3
2
kmgL

因而

Ek1
Ek2
=
13
3

即第一次与第二次碰撞系统功能损失之比为13:3.

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