问题
计算题
在建筑工地上,我们常常看到工人用重锤将柱桩打入地下的情景。对此,我们可以建立这样一个力学模型:重锤的质量为m,从距桩顶高H处自由下落,柱桩的质量为M,重锤打击柱桩后不反弹且打击时间极短。柱桩受到地面的阻力恒为f,空气阻力忽略不计。利用这一模型,计算重锤一次打击柱桩时桩进入地下的深度h。
一位同学这样解:
设柱桩进入地面的深度为h,对全程运用动能定理,得:
可解得:h=……
你认为该同学的解法是否正确?如果正确,请求出结果;如果不正确,请说明理由,并列式求出正确的结果。
答案
解:不正确
因为在重锤与柱桩碰撞过程中系统机械能有损失(或碰撞过程中重锤与柱桩之间的弹力做的总功不为零)
正确解答如下:
设重锤打击柱桩时的速度为v0,根据机械能守恒定律,有
,得
重锤打击柱桩后共速,设为v,根据动量守恒定律,有
mv0=(M+m)v,
之后,重锤与柱桩一起向下运动直至静止,设柱桩进入地面的深度为h,根据动能定理,有
联立求得