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=
m1 2
-v 21
m1 2 u 20
-2kmgL=
(2m)1 2
-v 22
(2m)1 2 u 21
-3kmgL=0-
(3m)1 2 u 22
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=2m7kgL
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=
(2m)u12-1 2
mv12=1 2
kmgL13 2
△Ek2═
(3m)u22-1 2
(2m)v22=1 2
kmgL3 2
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.