如图所示,光滑水平面MN的左端M处固定有一能量补充装置P,使撞击它的物体弹回后动能在原来基础上增加一定值.右端N处与水平传送带恰好平齐且靠近,传送带沿逆时针方向以恒定速率v=6m/s匀速转动,水平部分长度L=9m.放在光滑水平面上的两相同小物块A、B(均视为质点)间有一被压缩的轻质弹簧,弹性势能Ep=9J,弹簧与A、B均不粘连,A、B与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,物块质量mA=mB=lkg.现将A、B同时由静止释放,弹簧弹开物块A和B后,迅速移去轻弹簧,此时,A还未撞击P,B还未滑上传送带.取g=10m/s2.求:
(1)A、B刚被弹开时的速度大小
(2)试通过计算判断B第一次滑上传送带后,能否从传送带右端滑离传送带
(3)若B从传送带上回到光滑水平面MN上与被弹回的A发生碰撞后粘连,一起滑上传送带.则P应给A至少补充多少动能才能使二者一起滑离传送带.
(1)弹簧弹开的过程中,系统机械能守恒
Ep=
mA1 2
+v 2A
mB1 2 v 2B
由动量守恒有 mAvA=mBvB
联立以上两式解得vA=3m/s vB=3m/s
(2)假设B不能从传送带右端滑离传送带,则B做匀减速运动直到速度减小到零,
设位移为s. 由动能定理得:-μmBgs=0-
mB1 2 v 2B
解得 s=v 2B 2μg
s<L,B不能从传送带右端滑离传送带.
(3)设物块A撞击P后被反向弹回的速度为v1
功能关系可知:E+
mA1 2
=v 2A
mA1 2 v 21
物块B在传送带上先向右做匀减速运动,直到速度减小到零,然后反方向做匀加速运动由运动的对称性可知,物块B回到皮带左端时速度大小应为
v2=vB=3m/s
B与A发生碰撞后粘连共速为v,由动量守恒定律可得:
mAv1-mBv2=(mA+mB)v
要使二者能一起滑离传送带,要求
(mA+mB)v2≥μ(mA+mB)gL1 2
由以上四式可得:E≥108J
答:(1)A、B刚被弹开时的速度大小都是3m/s
(2)B不能从传送带右端滑离传送带.
(3)若B从传送带上回到光滑水平面MN上与被弹回的A发生碰撞后粘连,一起滑上传送带.则P应给A至少补充108J动能才能使二者一起滑离传送带.