如图如示,在水平面上有质量均为m的五个物块并排靠在一起,每个物块与地面间的动摩擦因数均为μ,相邻两物块之间均用长为s的柔软轻绳相连接(图中未画出).现用大小为F=3μmg的水平恒定拉力从静止开始拉动物块1,相邻两物块之间的绳子绷紧时,绳子不会断裂也不会伸长,且绷紧时间极短.试求:
(1)物块1和物块2之间的绳子绷紧前瞬间,物块1的速度大小.
(2)物块3刚开始运动时的速度.
(3)物块5能否发生运动?如果能,求出物块5开始运动时的速度;如果不能,试求物块5发生运动的条件.
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(1)设物块1和2间的绳子绷紧前瞬间,物块1的速度为v0,由动能定理得
(3μmg-μmg)S=
m1 2
①v 20
解得:V0=2
②μgS
(2)物块1和2之间绳子绷紧后,共同速度为V1,
由动量守恒得mv0=2mv1 ③
设物块2和3间绳子绷紧前2的速度为V2
绷紧后共同速度为V3,
(3μmg-2μmg)S=
2m1 2
-v 22
2m1 2
④v 21
2mv2=3mv3 ⑤
由以上式得:v3=2 3 2μgS
(3)物块3开始运动后,由于拉力等于摩擦力,所以作匀速运动,设物块3和4之间绳子绷紧后共同速度为V4,
则3mV3=4mv4 ⑥
设前4个物块作匀减速运动的最大位移为S′,则:
(3μmg-4μmg)S=0-
4m1 2
⑦v 24
解得S′=S
表明物块4和5之间的绳子拉直时,前4个物块速度恰好减为零,即物块5不会发生滑动,要使物块5发生运动,必须V5>0,
即F>3μmg
答:(1)物块1和物块2之间的绳子绷紧前瞬间,物块1的速度大小是2
.μgS
(2)物块3刚开始运动时的速度是2 3
.2μgS
(3)物块5不会发生滑动,要使物块5发生运动,必须V5>0,即F>3μmg.